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太阳为什么一直在燃烧而不发生爆炸

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发布时间:2020-06-24 10:41:43

 20世纪以来,科学因为量子力学和相对论的创立,而得到了快速的发展。尤其是核物理的发展,使得科学家们制造出了原子弹和氢弹。其中,原子弹的原理利用的是核裂变反应以及链式反应。jjj大手笔网—中国第一文化门户网站

 
至于氢弹,则利用的是氢原子的核聚变反应。前者是原子序数大的原子核裂变成原子序数小的原子核,后者则是原子序数小的原子核聚合成原子序数大的原子核。
 
两个反应在反应前后,都会有一定的质量亏损,这部分质量会转化成能量,然后释放出来。这个过程遵循着爱因斯坦的质能等价理论,也就是E=mc^2。
 
要知道无论是原子弹,还是氢弹都是一下子炸得渣都不剩。可问题就来了,我们如今也知道太阳也是利用核聚变发光发热的,可为什么太阳没有像氢弹那样一下全炸了?
 
太阳能“烧”多久
 
一直以来,物理学家在思考太阳的能量到底是如何产生的。在100多年前的19世纪末,第二次工业革命正在如火如荼地进行着,当时就有一些科学家认为太阳的能量来自于烧煤,他们认为太阳就一个大煤球。
 
于是,真的有科学家去研究:如果太阳是烧煤,那太阳能烧多久?
 
这一算不知道,一算吓一跳,因为他们得到的答案竟然只有几千年,这还没有人类的历史长。所以,太阳根本不可能是烧煤的。后来,虽然核物理得到了发展,物理学家提出了制造原子弹和氢弹的理论,可是科学家一开始并不认为太阳是利用核聚变反应。那这又是为什么呢?
 
要了解这个问题,我们就得先从氢弹的爆炸机制说起。实际上,氢弹并不纯粹,让氢弹爆炸的反应条件很苛刻,大概需要在一亿度才能引爆氢弹。因此,科学家采用的办法是先引爆原子弹制造出足够高的温度,继而引爆氢弹。
 
可是太阳的温度并没有达到一亿度,太阳的内核温度是1500万度,压强大概是200多万个大气压,但还不足以引发氢原子的核聚变反应。那太阳又是如何进行核聚变反应的呢?
 
太阳的核聚变反应
 
实际上,太阳内核正在进行:可控核聚变反应。不过,这里的可控核聚变反应和我们平时说的不太一样。我们要先从太阳自身说起。我们都知道,太阳是太阳系的绝对主宰。不仅如此,太阳的质量十分巨大,占据了整个太阳系总质量的99.86%以上。因为质量巨大,太阳的引力巨大。这使得太阳内核受到引力的挤压,温度逐渐上升,达到上千万度。这时候,构成太阳的原子的核外电子由于获得了充足的能量,摆脱了原子核的束缚。因此,太阳内核其实是呈现出等离子态。
 
这就为原子核的核融合提供了机会。要知道构成太阳的主要是氢元素和氦元素。因此,太阳内部是主要是氢原子核、电子、光子等离子。原子核都是带正电,同种电荷相排斥,这也被称为静电斥力。想要促发太阳内核的氢核聚变反应就需要克服这个静电斥力。就像上文说到的,太阳内部的环境温度不能提供足够多的能量来克服静电斥力。
 
不过,在微观世界中存在着一种叫做量子隧穿的量子效应。举个例子,如果在宏观世界中,我们要爬一座山,那就需要人体有充足的能量才能爬过去,如果没有足够多的能量,就爬不上去。可是在微观世界中,即便是人体没有充足的能量,也有一定的概率可以爬过去。只不过,这个概率极其低。
 
这个概率大概相当于一对氢原子核需要10亿年才能发生一次核融合。虽然概率非常低,就像上文说到,太阳特别大,粒子数足够多。
 
因此,反应还是可以进行的,只是反应的速度不会像氢弹那样迅速,而是十分缓慢地进行着。这也就是为什么太阳的温度不够,也能够促发核聚变反应的原因。
 
不仅如此,太阳内核的氢原子的核聚变反应也和氢弹不太一样,一共有3个阶段,最终的结果就是就是4个氢原子核发生核聚变反,最终生成1个氦-4原子核。其中有两条路径,一条叫做质子-质子反应链。
 
另外一条叫做碳氮氧循环,这个过程中,碳氮氧主要起到催化剂的作用,而不是作为反应物。太阳内部的反应主要是质子-质子反应。
 
总结
http://www.dashoubi.org/gongyi/zonghe/gyzx/2020-06-24/136157.html
太阳没有像氢弹那样一下子全炸了,主要是因为太阳自身的温度达不到引发核聚变的条件。只不过因为量子隧穿效应,使得太阳内核的氢原子核有融合的机会,而发生反应的概率很低。因此,太阳只能循序渐进地进行核聚变反应。