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太阳内的氢为什么是慢慢反应的,而不是一下都变成氦? 第1页

  

user avatar   hu-xiao-23-94 网友的相关建议: 
      

睡前看到这个问题,决定简要回答一下,目前看到的答案感觉都不够简明扼要。

我觉得题主的一个疑惑在于,为什么太阳不像氢弹,瞬间完成几乎所有的聚变反应?这里的一个要点在于,聚变,例如太阳中的氢-氦聚变,抑或是氢弹中的类似过程,并不是自持的。而是需要一定的温度压强条件,温度低了压强小了,聚变都会减速或者终止。聚变有点像大冬天点柴火,点着了还不行,得弄个罩子不让热量跑的太快,还要防止木柴自己散开了(可控核聚变技术里这叫做约束),换句话说,太阳靠引力维持内部的温度压强,使得聚变只能以目前的速率进行。

自持的核反应,例如裂变,可以由上一个裂变核放出的中子,作为触发下一个核裂变的“引信”,所以裂变的发生是比较容易的,只要材料纯度够高,加上一点点中子触发,甚至自发衰变放出的中子,就有可能引发链式反应,这也是为什么目前的核电站有“控制棒”,这些通常用金属镉制成的控制棒可以吸收中子,避免链式反应的发生(当然发生链式反应不等于核爆炸,核电站的低浓度铀即使发生链式反应,也很难在短时间内引发足够的裂变,在足够的能量产生之前,材料本身就会被“炸开”导致链式反应终止)。

那为什么氢弹可以爆炸呢?这是因为氢弹通常会有一个小的裂变弹作为扳机,爆炸产生的大量高能射线可以驱动包裹在聚变材料外层的材料迅速烧蚀,外层烧蚀产生的压强会驱动内层材料的向心压缩,短时间内产生足够的高温高压,这样才能让氢核具有足够的动能克服同性间的库仑斥力结合在一起,从而发生聚变。

具体到太阳身上,高温高压主要是由引力对星体的“压缩”提供的,这个因素导致恒星的聚变速率可以由负反馈调节:聚变快了,温度压强升高,驱动星体膨胀,而这又会导致温度压强降低,从而降低聚变速率。如果这个反馈机制太慢,就会使得星体大小出现比较大得变化,变星就是这么来的。

先写这么多,有什么遗漏的以后补上。

添加两条长回复:

---氢弹如果"弹药"放太多,会因为失去压强和温度导致聚变终止造成浪费吗?

核材料的浪费是非常正常的现象。早期核武器的材料利用率非常低,即使是裂变弹,材料也会因为反应时的压强而飞散导致裂变终止,最终利用率只有1%左右。第一颗公认的聚变装置 Ivy Mike 总重近70吨,印象中有数吨液化氘,最终威力也只有1000万吨上下,其中还有大量来自U238的受到聚变中子辐照产生的裂变,所以效率也是非常之低的

---往太阳发一颗裂变弹能制造出足够的压强,引发聚变吗

太阳内部已经在进行核聚变了啊。我猜你的意思应该是给太阳提供足够的压强能否产生类似氢弹的爆炸式聚变。我觉得是可能的,只不过裂变弹是没法提供这样的压强的。裂变弹大部分能量用来产生X射线,本身爆炸的压强是无法直接引爆氢弹的,这也是为啥我提到要利用聚变材料外部包裹材料的烧蚀来提供压强。就恒星演化来说,太阳本身质量太低,最终不会有超新星爆发,因为它的自身引力至多提供氦聚变为碳所的压强和温度,最后剩下的会是一个以碳为主的白矮星。




  

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