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- 1、太阳是怎么发生核聚变的:太阳上的核聚变过程看起来很简单!为什么人类一直无法实现?
- 2、太阳是怎么发生核聚变的,太阳的一生都在核聚变
1、太阳是怎么发生核聚变的:太阳上的核聚变过程看起来很简单!为什么人类一直无法实现?
其实核聚变的过程并不复杂,只要给予足够的高温和高压,轻核原子的核外电子脱离了原子核的束缚成为自由电子,而原子核之间距离缩小就有了相互融合成更重原子核的机会,之间会将会亏损部分质量,而巨大的能量就从这亏损的质量中转换而来!能量大小遵守E=MC²,参与聚变的原子核越多,亏损的总质量越大,那么释放的能量也越大!
上图就是就是太阳中核聚变的过程:两个氢原子核聚变生成氘,氘与氢聚变生成氦3,两个氦3聚变生成氦4,而有部分氦3会交换到太阳表面随着太阳风扩散到太阳系内,而月球因无大气遮挡在表面沉积了大量的氦3,当然同理水星也是,但月球距离我们最近!而氦4则更稳定,在现阶段的太阳并不能燃烧,等着未来氦闪吧!
当然说起来非常简单,而聚变对于太阳质量的恒星来说就是这么简单,因为太阳的核心温度高达1500万度,高达2500亿个大气压以上,因此原子核在自由电子游离之后碰撞几率极高,在太阳核心处,每秒都有6.5亿吨元素参与聚变,亏损的质量超过400万吨!太阳源源不断的热量就来自于此,而地球仅仅只获得了二十亿分之一就让万物郁郁葱葱、生命蓬勃发展!
但在地球上,如此极端的条件却难以实现,即使我们实现了上亿度的高温以及上百秒的约束时间仍然不足,太阳的核心只有1500万度即可核聚变是因为还有2500亿个大气压,但在托卡马克的环形室内却是高度真空!因此我们需要更高的温度或者更久的时间才能达到商业化的目的!
当并非只有托卡马克,还有仿星器,更有惯性约束核聚变等几种方式,但到现在为止没有一家实现商业化核聚变!
恒星上如此简单的过程我们人类却穷尽科技都无法实现,这就是宇宙对于文明的门槛,我们必须要跨过这个限制才会让文明上升到一个新的阶段!但假如无法实现的话,也许我们人类就得倒在“无限能源”的前夜!在化石能源耗尽后只能利用太阳能或者太阳的衍生能源赖以度日,未来的规模就被局限在地球上了,所以我们必须跨过核聚变这道门槛
2、太阳是怎么发生核聚变的,太阳的一生都在核聚变
上文中我简单阐述了核裂变与核聚变的区别,这是核反应过程中两种完全不相同的反应,大多数人只知道核反应,核武器核电站核爆炸等等,但却不知各种核反应是有区别的。比如:你知道核武器中原子弹是利用核裂变原理,而氢弹是利用核聚变原理制造吗?你知道核电站是利用受控的缓慢核裂变过程原理制造的吗?你知道恒星包括我们的太阳在不断发生什么过程吗?
太阳,已经活了50亿年,50亿年前我们不知道发生了什么,不过我们推测50亿年后,它会死亡。你没看错,被命名为“恒星”的太阳将在50亿年后死去。恒星,意寓为永恒的星体,也有寿命,只是太长太长,长到我们人类的时代在它面前也只是瞬间。
太阳其实已经到中年了,整个太阳到目前为止是由四分之三的氢元素和四分之一的氮元素,还有少量放射性元素组成。而氢元素在不断地发生核聚变反应形成氮元素,这个核聚变过程将持续占到太阳整个生命的百分之九十,大概90亿年,直至氢元素全部消耗殆尽,我们称这个阶段为主序阶段。主序阶段结束后的末期时代如何演化就要看这个星体的质量大小。
我们从太阳的起源开始细说,大概45.7亿年前,一片巨大的氢分子云由于内核引力坍塌,核心部分塌缩成了一个巨大的气体球,大部分质量集中在这个球体上,那就是太阳,而在它周围剩余的物质形成了一个星盘,主要是九大行星和它们的卫星,还有些小的陨星,可忽略不计。我们知道万有引力,只要存在质量就会有引力,质量越大,引力越大。由于引力的作用氢元素会不断聚集起来,随着越来越多的氢聚集到一起,氢原子之间会产生相互挤压,而当挤压力增强到能迫使氢原子发生聚变从而形成氦。
这样说来,太阳在形成的初始状态基本都是氢,经过45.7亿年的氢聚合过程才成为现在的四分之三是氢元素和四分之一是氦元素的状态。再过50亿年后,太阳内核的氢元素将消耗殆尽并全部转变成氦元素,此时的温度还不足以使氦形成聚变,所以在只受核心引力作用下内核的氦会不断收缩,而处在外壳的氢开始聚变了,并释放大量能量,这股能量会产生推力,将外壳推向远离核心的方向,所以太阳在不断变得越来越大,直至膨胀成一个巨大的火球,这就是红巨星阶段。由于体积迅速变大,太阳表面的温度会降低,因此散发红色的光芒,所以我们称之为红巨星。
外壳的氢聚变产生的能量不仅使得外壳膨胀,还对内核产生巨大的挤压,这巨大的挤压力会使内核的温度迅速升高,当温度从15000摄氏度升高到1亿摄氏度时,太阳内核会重启核聚变,氦元素会极速消耗聚变成碳和氧的结晶体。这就是氦闪,流浪地球不敢拍的续集。氦聚变是极不稳定的,可以突发地在极短的时间内消耗大量的氦。大概再经过数亿年后,所有的氦也消耗完了,太阳就成了一个白色的碳氧结晶体,这就是白矮星。此时,太阳不再发生任何聚变,因为没有足够的能量使碳和氧继续聚变了,太阳死了。
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