既然很多元素能进行核聚变,为何人类只造了氢弹,而不造別的弹,如氮弹?

香烟飘渺35


答:主要原因是,氢元素的聚变条件最低,包括温度和压力。


理论上,氦元素、碳元素、氧元素以及硅元素等等,都是可以发生核聚变反应的,不过所需的反应条件非常高。


在物理学中,每种元素都有一个“比结合能”,表示把原子完全分开成独立核子(中子和质子的统称)时,需要输入的能量与核子数之比,也叫平均结合能。



原子的比结合能越高,我们就越难把原子中的核子分离出来,同时表明该原子越稳定;在所有元素中,铁-56是最稳定的。

于是,比铁轻的原子和比铁重的原子,其核子平均质量都比铁-56低,于是在向铁方向聚变或者裂变的核反应,总体上会释放能量,并和亏损的质量满足质能方程。


每种元素聚变或者裂变的反应条件不同,重元素裂变是最容易的,所以原子弹最先被研制出来;而轻元素聚变,需要非常高的温度,比如:

(1)H原子聚变,需要1500万度的温度;

(2)He原子聚变,需要2亿度的温度;

(3)C原子聚变,需要近10亿度的温度;

(4)O原子聚变,需要20亿度的温度;

(5)Si原子聚变,需要30亿度的温度;



氢元素的同位素中,属氘原子和氚原子的聚变条件最低,所以氢弹都是使用氘、氚为聚变材料。


氢元素聚变还有一个优势,就是氢元素的比结合能远低于其他元素,所以氢原子发生聚变时,释放的能量是最可观的,这能维持聚变反应的继续进行,大大降低了氢元素聚变的反应条件。




所以,理论上氦、碳、氧、硅等等元素,都是可以制造成核弹的,但是爆炸所需条件太高,而制造氢弹相对容易得多。


好啦!我的答案就到这里,喜欢我们答案的读者朋友,记得点击关注我们——艾伯史密斯!


艾伯史密斯


直接答案就是理论和实践的区别。

在核物理理论中有一个专业名词叫比结合能,比结合能是表征原子核稳定性的一个物理量。原子核位于原子核的中部,由中子和质子两种核子构成。比结合能越大,原子核就越难“拆开”成单个核子,就越难参与到核反应中。


如图中所示,自然界目前发现的元素中,铁的比结合能是最大的,氘和氚的比结合能是最小的,也就是理论上来看,除了铁我们都有办法来使他参与核反应的,只不过选择氢元素的同位素氘和氚最容易发生核聚变反应。就像我们生火时会选择容易燃烧软柴是一个道理。

核聚变反应本身需要极高的温度和压力,氘和氚之间的聚变即便是最容易,初始的反应条件温度大概也需要至少1400万摄氏度,还需要极高的压力,反应条件如此苛刻,以至于目前我们无法持续提供这么一个反应环境,只有在原子弹爆炸瞬间产生高温能够达到这个反应条件,但即便是这个高温也不能够大多数元素参与聚变,

因此氘氚是最优的选择,理论上除了铁都可以,但是只有氘氚可以实际应用。

最后一点敲黑板,氢弹不是使用的普通的氢原子,而是氢的同位素氘和氚。


核先生科普


我有个打火机,点燃一摊汽油方便,还是点燃一堆木炭方便呢?肯定点燃汽油方便吧。

聚变也是类似,氢聚变相对于其他元素聚变,启动需要较少能量,而释放更多的能量。氮也可以聚变,但是需要更多更多的能量才能启动,启动了释放能量比氢聚变还小。所以没有什么理由要去造氮聚变弹。

我们的太阳目前是在不断的把氢聚变成氦,之后继续聚变出更重的元素,比如碳。再往后聚变越来越难进行。等到聚变到铁元素,这时继续聚变的话,吸收的能量比释放的能量还大。所以很多天体内核都是铁。有更剧烈更多的能量才能形成更重的元素。


蛋科夫斯基


为什么人类目前只造了氢弹,没有造其它的蛋,比如氦弹、氮弹,很简单,那是因为人类目前还没有能力造出来。

可能大家都知道氢弹要靠原子弹引爆,为什么不能直接引爆,那是因为核聚变需要在高温高压的条件下才能发生,我们要用原子弹爆炸时产生的高温高压才能引爆氢弹。虽然发明了氢弹,但目前人类只能利用核裂变发电,目前还没有能力造出稳定可控的的核聚变反应堆。


核反应分为聚变反应与裂变反应,一般轻核聚变与重核裂变都可以释放能量。轻核与重核以铁元素为分界岭,重核也可以聚变,只不过重核聚变时要吸收能量而不是释放能量,因此恒星内部的核聚变反应最多聚变到铁就停止了,恒星的生命也步入了终点。

氢聚变反应依靠的是氢的同位素氘和氚聚变为氦。我们的太阳目前就是依靠氢聚变反应发光发热的,由于太阳的质量较小,最多只能聚变到碳就结束了。太阳内部由于有引力产生的高压条件,只需要大约2000万摄氏度的温度就可以实现氢聚变反应。而在地球上,要实现可控的氢聚变反应,则至少需要上亿度的高温。

氮元素排在碳元素之后,氮聚变反应在太阳内部都不能实现,更别提在地球上实现氮聚变反应了。构成我们身体的各种元素,大多都来自恒星内部的核反应熔炉。至于铁元素之后的,诸如黄金、白银等各种重元素,则诞生于恒星生命最后疯狂——超新星爆发,只有在那种极端环境下才能合成元素周期表之后的重元素。


科学探索菌


太阳核心温度高达1500万摄氏度,太阳的所有核聚变几乎都在核心发生的,如此高的温度都没能发生所谓的“氮弹”,就知道想要制造“氮弹”有多难了!

所以说,简单说,就是人类技术还远远达不到制造所谓的“氮弹”!目前人类只能制造氢弹,而且远没有达到完全控制氢弹的能量!

太阳大部分成分是氢和氦,还有极其少量的其他重元素。事实上太阳的一生也很难制造所谓的“氮弹”,因为在太阳耗尽氢燃料之后,开始膨胀成为红巨星,之后成为白矮星,黑矮星,终结自己的一生!

而想要聚合成更重的元素,需要质量更大的恒星才行,说白了,需要温度压力都更高才行!但普通的恒星只能聚合但铁就停止了,要想产生比铁更重的元素,需要更剧烈的条件让铁元素继续聚合,这就是超新星爆发,它产生了如今我们见到的几乎所有重元素,比如我们经常使用的金银首饰!

即使同样是核聚变,太阳内部的核聚变是氢元素,而人类制造的氢弹是氢的同位素氘和氚,因为氘和氚比氢更容易发生核聚变!

所以,“氮弹”(甚至“铁弹”)理论上确实是可行的,但实际上不可能做到,既然连我们的太阳都做不到,我们人类就不要想了,起码目前的科技水平绝对达不到!


宇宙探索


因为氢核聚变需要的温度和压力都是人类目前可以达到的,而且释放的能量也十分可观,起码不会入不敷出


人类之所以只能制造氢弹,是因为氢弹的触发所需要的温度和压力是人类可以用原子弹实现的,氢弹是一个三级热核反应,常规炸药引爆原子弹,原子弹的高温高压使得核材料发生聚变反应。

理论上除了铁元素其他任何元素都能进行核聚变,只不过需要超高温和超高压,氢弹所使用的氘和氚之间的聚变就算是最容易的了,但是也需要1400万度的超高温和超高压,所以人类只能用原子弹的超高温和超高压去引爆氢弹,要想掌握可控核聚变技术就必须制造一个稳定的超高温超高压环境,比如说太阳核心的那种环境才行。



题主所说的氮弹,氮要想发生聚变反应需要的温度是7.8亿度,这种变态的高温人类现在达到也绝非易事,更“亏”的是氮弹爆炸后的能量释放只有氢弹的1/860,也就是说同样质量的氢弹爆炸后的威力要比氮弹大860倍,而且只需要1400万度的高温就能触发。


这样看来人类不制造氮弹的理由就很充足了,就是制造难度大而且威力小


宇宙探索未解之迷


人类目前成功制造出了氢弹。

氢弹的原理是:利用氕和氚两种氢的同位素,在炽热高温下,可以发生热核反应。热核反应需要的高温,由氢弹内含的相当于原子弹的那部分先引爆,由裂变产生高温,引发了热核反应。热核反应过程中,一个氕核和一个氚核,生成了一个氦核。由于反应过程中有质量亏损,相应有巨大的能量释放。

那么为什么不造《氮弹》呢?

如果要造《氮弹》,就必须使用N2。二个N2合成,根据反应的生成物是N4。而N4是N2的同素异性体,呈原子状态。所以没有质量亏損。放不出能量来。也就是说造不出氮弹来。


汇燕1


我们并不是不能利用其他的元素制造聚变武器,诸如题主所说的“氮弹”其实也是可以造出来的。然而有一很重要的问题摆在那里了——你付出了一个单位的能量,是愿意放出两个单位的能量呢还是愿意放出一万个单位的能量呢?


这里就引入了一个核聚变能量上的投资回报率问题——结合能:

我们可以从图表中看到,不同的原子进行结合的时候所需要的能量是不一样的。由较低的结合能原子聚变成较高的原子的时候就会放出能量。


这里面我们可以看到铁的结合能是最高的(铁原子最稳定),因此我们如果用铁作为核聚变燃料的话,那么恐怕就要付出一万单位的能量仅仅能获得一个单位的能量。这样是得不偿失的聚变反应很快就会停止。相反结合能很低的氘作为聚变材料,其本身所释放的能量就可以维持聚变反应的持续进行。

因此在选择聚变材料的时候都是在选用更轻的原子作为核聚变的主要原料。

理由两个:第一相对容易点燃、第二反应能在一定时间内自持。

这样的能量反应就可以作为一种武器来使用,而且使威力最大化。其反应条件为利用原子弹爆炸的5000万度高温。将氘氚原子加热使之获得极大的动能,在两个原子相撞的时候达到核聚变的目的。

如题主所说利用氮来进行核聚变,也是可以的。W君查了下资料,如果用氮原子进行聚变,那么所需要的温度要达到7.8亿度。而氮聚变后形成钠并释放出大量a粒子,而能量释放仅仅为同等质量的氘氚的1/860。所以用氮作一个“氮弹”就有受累不讨好的感觉了。



军武数据库


楼上已经说的很明白了,这里也就不多说了。但是!!要注意啦,中国和美国都已经研究出了新的炸药:全氮阴离子盐,据称,爆炸威力是TNT的10-100倍,有望制作成为第四代核武器。。。。。。如果研发成功,这应该算得上是氮弹了


凛凛不冽


核聚变,是有许多元素能够进行,这是一个常识性问题,但是如果要运用到实际,就不是这么说了,就像我们知道银河系直径,宇宙直径,知道归知道,根本就没法旅行不是。可以直白一点说,人类还没有到氮聚变那种地步。这种聚变,连太阳中心的温度和压力都做不到。

人类所掌握的核聚变反应只能在轻元素的原子核之间发生,如氢的同位素氘和氚。重元素目前只掌握核裂变而无法核聚变。我们可以通过化学元素周期表看到,由于氢原子所含的质子数目为1,也就是最小原子,所以排在第一位,越往后的元素,原子质子数目越多,也就是原子核越重,属于重原子核。



单单这种最轻的原子,要让他核聚变,所要的条件都是非常苛刻的,以至于人类为了达到这种聚变条件,氢弹的爆破都需要原子弹先爆炸产生极端高温,再在这一基础上进行聚变。同时,越是重的原子,聚变条件也是越来越苛刻。

就连我们的太阳中心如此高的温度和压力,由氢聚变氦,氦再聚变碳原子核,由此生成的碳原子核后,也再没有能力聚变,而氮原子核还排在碳原子核后面。要生成这种元素,还必须大质量恒星,但是也直至铁元素生成就再也无法聚变了。



所以人类目前连只能搞搞氢弹,连第二位的氦弹都搞不出来,就别提后面那些更重的核聚变了。


分享到:


相關文章: