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太阳为什么是核聚变,为什么不像氢弹一样瞬间炸完

来源:整理 时间:2022-06-05 18:50:06 编辑:科技知识 手机版

这个问题的潜台词是,实现可控持续核聚变需要地球上1亿度的温度,而太阳中心的温度只有1500万度。核聚变为什么能继续?太阳中心的核聚变是引力约束的一种形式,是太阳质量形成的强大引力压力,使核心温度上升到1500万度,压力达到地球海平面3000亿个大气压。

太阳也是核聚变,为什么不像氢弹一样瞬间炸完?

说的没错,太阳和氢弹都是核聚变原理,区别在于太阳的核聚变反应属于可控核聚变,所以它只会以持续不断地消耗核聚变材料的形式释放能量,而氢弹这属于不可控核聚变,它以爆炸的形式瞬间释放完核聚变材料所有的能量,这就是太阳与氢弹的不同之处。如何更直观地理解它们之间的区别呢?我们用鞭炮来比喻:当我们点燃鞭炮的引线时,鞭炮就会直接被引爆,里面装填的火药在爆炸瞬间完成能量释放,这就相当于氢弹的不可控核聚变,

倘若我们把鞭炮拆开,再点燃引线时,鞭炮里的火药就会慢慢燃烧殆尽,火药能量在燃烧中逐渐释放能量,这就相当于太阳的可控核聚变。目前人类只掌握了不可靠核聚变技术,它就是氢弹,而可控核聚变技术一直处于研究实验阶段,如果未来能够掌握可控核聚变技术,那么人类就能制造出像太阳那样可控核聚变装置,届时能源就接近“取之不尽,用之不竭”的程度了,从理论上来说,可控核聚变装置也能像太阳那样燃烧一百亿年,这也是人们将可控核聚变装置称之为“小太阳”的原因。

下图为可控核聚变实验装置——托马克装置,它的原理与太阳完全一样,即利用高温、高压环境触发持续的可控核聚变反应,那么问题就来了:为什么人类能轻易掌握不可控核聚变技术,而可控核聚变技术却触不可及呢?答案与核聚变原理有关,其中的关键点是核聚变“点火温度”,也就是启动核聚变材料发生核聚变反应所需的温度,这个温度值为50000000℃!目前人类能够创造的温度最高能接近1亿℃,比如说原子弹爆炸时核爆中心温度以及高能激光发射装置产生高能激光束,也就是说人类是可以创造核聚变反应“点火”温度的。

但问题在于虽然人类能够创造超高温,但是无法创造耐超高温的材料,地球上已知的最耐高温材料的物质是一种钽铪合金,即五碳化四钽铪(Ta₄HfC₅),它的熔点为4215℃,这就意味着人类世界中没有任何一种物质能够承受核聚变反应时所需的50000000℃高温以及核聚变反应开始后产生的1亿℃高温。因此人类手中的核聚变技术只能用来制造氢弹,以大规模杀伤性武器的形式存在于人类世界中,成为杀戮效率最高的战争工具,无法造福人类,

做为一种武器,氢弹是不需要考虑材料耐热问题的,任何一种设计都只是为了那一声巨响后尽可能大地产生杀伤力,这就是不可控核聚变。▼下图为氢弹发生核聚变爆炸原理示意图,由于核聚变需要超高温进行点火才能被触发,所以氢弹内部安装有一枚小型原子弹,利用原子弹爆炸时产生的超高温来引爆核聚变装药,可见氢弹的基本结构是一个“双黄蛋”,

倘若想要像太阳那样缓慢地将核聚变反应能量释放出来,那么人类就需要解决核聚变装置的耐热问题,所以摆在人类面前最现实的问题就是如何用有限的耐热材料去承受核聚变近乎于无限的温度,而这个问题就是掌握可控核聚变技术的核心。具体的办法是使用高能激光发射装置做为可控核聚变反应的点火源,用超导体材料制造磁悬浮装置做为可控核聚变反应的容器,

从理论上来讲,当核聚变反应产生的超高温物质被悬浮在装置中就解决了材料耐热问题,实现持续不断的可控核聚变反应,像太阳那样可以永远地烧下去。而在实验中可控核聚变反应即便悬浮在装置中不与装置发生接触,超高温的传导也依旧会融化反应装置,这也是可控核聚变技术研究的瓶颈,可见可控核聚变技术的掌握对于人类而言还是很遥远的,

太阳不一样。作为一个天体,它不存在耐热的问题。太阳的整体磁场将氢同位素紧紧地束缚在一起,并在高压环境下维持可控的核聚变反应,这也是太阳不会像氢弹一样在瞬间爆炸的原因。目前人类不仅掌握了创造超高温的技术,也就是上面说的核能和激光,而且核聚变的材料几乎取之不尽,比如月球上的氦3。只是超高温的控制技术始终难以突破。

文章TAG:太阳为什么是核聚变核聚变氢弹瞬间不像太阳

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