同样是核聚变。为什么太阳可以燃烧6543.8+00亿年,氢弹却一下子爆炸?
氢弹的爆炸是由于原子核的核聚变反应,产生巨大的能量波动。其实太阳之所以燃烧了6543.8+00亿年,也是核聚变造成的。那么为什么氢弹会在瞬间爆炸,而太阳却可以持续近6543.8+00亿年在生成?
20世纪40年代,世界科技达到一个新的高度,核武器就是在那个时候出现的。最早提出核裂变思想的科学家是哈恩和斯特拉斯曼,他们在1939年初发表了关于铀原子核裂变现象的论文。
于是几个星期后,世界上许多科学家开始一步步证实这个观点,有人认为可以创造出这种核裂变反应的条件,从而为人类的发展提供更强大的能量。
历史上很多最先进的技术都是先用于军事,核裂变不包括在内。但在二战前,原子弹的制造受到政治条件和社会因素的影响,并没有延续下去。但在1940年,德国攻占法国,于是英美等先进国家重新重视核武器的研究。
当时很多科学家担心,一旦德国法西斯率先掌握了核聚变技术,会给世界人民带来非常严重的后果。甚至爱因斯坦最后还写信给美国总统罗斯福,表示原子弹实验迫在眉睫。
直到1942,美国才启动了“曼哈顿计划区”的秘密计划。美国政府花费了近60万人,投入了20多亿美元,所以在二战后期,美国成为世界上第一个制造出原子弹的国家。
但苏联在1941年被德国法西斯军队入侵,原子弹制造计划正式启动。正是在这个时候,铀原子核的自发裂变被苏联物理学家гнннаааааа flerov和κ发现。但随着卫国战争的爆发,苏联在1943年才在库尔恰托夫的领导下进行原子弹研究。
因为苏联在1949造出了原子弹,美国人开始寻求更强大的武器。于是在1950,65438+10月,美国总统杜鲁门呼吁加快氢弹的制造,世界各国开始聚焦氢弹。
最终美国在50年代制造出了氢弹,英国和法国紧随其后,分别在50年代和60年代进行了原子弹和氢弹实验。而我国氢弹的研究历史可以追溯到1967。原子弹完成后仅两年,我们就制造出了氢弹,这使世界各国刮目相看。
原子弹的爆炸来自原子核的碰撞和裂解,而氢弹的爆炸原理来自原子核的聚变。前者是核裂变产生能量,后者是核聚变。从爆炸强度来看,核聚变比核裂变威力大得多。
氢弹核聚变之所以会产生爆炸,是因为氢弹会将氢气中的两种同系元素氘和氚融合形成氮气,氮气会发生爆炸,释放出巨大的能量波动。氢原子的原子核里只有一个质子,而氘原子的原子核里多了一个中子,所以一旦氘原子遇到氚原子聚变,氦原子的能量就会小于氚原子和氘原子的能量之和。
其实正常情况下,物质中的两个原子核是没有办法融合的,因为两个原子核内部都带正电,一旦相遇就会相互排斥。但是氢就不一样了,因为氢原子的原子核中只有一个质子,所以氢原子核所带的正电荷往往比其他原子核的要小。
只要处于高温环境,就可以相互融合,因为一旦环境温度升高,原子的运动速度也会加快。因此,如果要整合两个原子核,两个原子的运动速度必须加速到非常高的水平。经过科学家反复实验,发现当温度达到654.38+0亿摄氏度时,这个理论就可以完成。
因为在1亿摄氏度的环境温度下,原子会退化成等离子体,此时原子会脱离原来的轨道,这样原子核之间的距离就会减小。当这个距离达到1 * 10 (-15)米时,强大的核力就会出现。
那么我们如何制造1亿摄氏度的高温来制造氢弹呢?其实氢弹里面还有一颗原子弹。原子弹爆炸时,会在瞬间产生高达1亿的温度,从而为氢弹的核聚变反应提供条件。所以,恰恰是原子弹在体内的贡献,才会让氢弹瞬间点燃爆炸。
根据相关研究,其实太阳的燃烧和我们日常生活中看到的物质燃烧是不一样的。太阳内部一直在进行类似氢弹爆炸的核聚变反应,所以太阳可以发出热和光。
太阳之所以能持续燃烧近6543.8+000亿年,不像氢弹会瞬间爆炸,主要是两个因素造成的。一是太阳本身的燃料要充足,二是核聚变的反应速度要保持稳定。
太阳是太阳系中质量和体积最大的行星,而人类居住的地球质量只占太阳系的0.0003%,太阳体积是地球的654.38+0.3万倍以上。所以太阳本身就有大量的氢,可以支持它持续燃烧。
太阳和宇宙中的其他行星一样,在内部高温高压的作用下,几乎每分钟都会有6亿吨的氢发生核聚变,420万吨的物质变成能量,从太阳中心逐渐向四周扩展,从而到达太阳表面。
如果人类要收集太阳一分钟释放的能量,差不多需要1万年。太阳的集中加热区往往会产生可持续的聚变反应,会形成由外向内的巨大压力。
而内部的核聚变往往会产生更强的张力,使这两股力量相互汇聚,达到一种平衡,所以也正是因为这种状态,太阳才能燃烧654.38+00亿年。
太阳发生核聚变时,往往会出现质子-质子反应链。而这种反应链想要发挥作用,就必须完成质子之间的第一阶段核聚变反应,而太阳也会在生成中产生能量。
由于质子与质子之间带正电荷,相互之间存在排斥力,导致核聚变反应难以继续进行。那么太阳是如何融合的呢?其实这主要是因为太阳上存在一种“弱力”,可以在一定程度上改变质子的状态,从而使太阳核聚变的反应成为可能。
但仅仅依靠太阳本身的微弱作用力是不够的,因为太阳上质子相互碰撞的几率并不大,所以要求太阳上质子的密度必须更大。BIGBANG刚开始的时候,太空中有大量的氢,所以太阳形成后携带的氢量非常大。
正是巨大的氢量和对太阳微弱的作用力,使得太阳核聚变的速度处于缓慢状态,同时又不会很快消耗掉氢量,所以太阳可以继续燃烧。
核能的发现不仅对人类有益,也有潜在的危机。核能发电可以利用铀完成核裂变链并产生热量,也会将水加热到高温高压状态。从核反应产生的热量来看,它比普通的化石燃料要高得多,而且所需的燃料量比火力发电要少。
核电站每年只需要消耗80吨核燃料,这些核燃料可以用两个标准集装箱运输。如果换成煤炭,需要近51.5万吨,需要用20吨卡车装,可以拉705车运输。如果是天然气,需要消耗654.38+0.43万吨,差不多是20万桶家用燃气。
不仅如此,核能发电不会像那些化石燃料发电厂那样向大气中排放大量污染物,所以不会产生过多的空气污染。
但是,核能发电的历史上也有很多失败的例子。日本福岛第一核电站发生放射性物质泄漏事件。当时,日本政府疏散了核电站周围20公里内的所有居民。
随着污染的加剧,人们要求安全的住所,因此政府很难供应生物必需品。最后,日本政府就此事件道歉并紧急叫停14新建核反应堆项目,对其能源政策进行全面检查。
第二次重大核反应泄漏发生在上世纪末的切尔诺贝利,当时许多居民受到不同程度的核辐射。放射性物质一旦进入人体呼吸系统,会在人体内引起内辐射反应,导致头晕、出血,甚至癌症、新生儿畸形,这些疾病就会遗传下去。辐射越严重,疼痛会越大。
切尔诺贝利核泄漏让前苏联花了差不多2000亿美元才勉强控制住,但是随着空气的飘移,当时的欧洲很多国家,比如白俄罗斯、瑞典都受到了不同程度的污染。
约9.3万人在这一事件中丧生,27万人患病。到目前为止,当地政府只关闭了切尔诺贝利工厂,只能维持100年。100年后,这些核污染如何解决?这还是个问题。
核能也是一种新能源,但是我们在享受它的同时,也要对它保持警惕,防止类似切尔诺贝利核泄漏事件的再次发生,所以我认为:核能既是天使,也是恶魔。只有完善关于核反应的探测系统和准备措施,才能安心使用。