香烟飘渺35
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。
良良引力波
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
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。
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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。
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艾伯史密斯
一方面你可以理解为人类还没有能力制造出氮弹,另一方面你可以理解为没有必要。综合在一起说,那就是制造氮弹并不划算。
为什么我这么说呢?首先核反应是很难进行的,原子弹利用的是核裂变,氢弹则利用的是核聚变,核裂变的条件相比于核聚变没有那么严格,核聚变就很难进行了。我们都知道太阳能够发光发热是因为太阳上无时无刻不在进行着核聚变反应,每分每秒相当于有无数的氢弹在太阳上爆炸,但是对于太阳来说,核聚变也仅仅发生在温度极高压强极大的核心,这个地方,温度高达1500万摄氏度!
如此高的温度,太阳上也没有能够发生氮聚变,更别说人类了,能够制造出氢弹这么厉害的东西已经很不错了。理论上来说,氮聚变需要在7.8亿摄氏度这样一个变态温度下进行,这样一个温度,想要达到绝非易事。氢弹是怎么引爆的呢?首先用常规炸药引爆原子弹,然后再用原子弹引爆氢弹。目前为止,好像也没有哪个原子弹爆炸能够制造这么高的温度。
按道理来说除了铁之外的其它元素都可以进行核聚变,因为铁的比结合能最大,铁也最稳定。比结合能越大的话呢,就越难以把原子核打开,越难以参与到核聚变反应中,但是氢元素就不一样了,氢的比结合能小,选择氢元素的同位素氘和氚最容易发生核聚变反应。而想要制造氮弹的话,人类目前根本就没有能力。
除了技术方面的原因呢,还有别的考虑,那就是如果相同质量的氮弹和氢弹爆炸的话,氢弹释放的能量比氮弹多得多,多多少呢?氢弹的威力将会有氮弹的几百倍,差距大吧,这样看来就算辛辛苦苦制造出来了,威力还更小,那么为什么要做吃力不讨好的事呢?还有,现在很多国家已经销毁了原本拥有的氢弹,氢弹的威力不用我多说了吧,如果还想制造威力更大的核弹的话,相信世界上没有哪个国家会愿意的。
镜像宇宙
首先,我们平时说的氢弹,它的热核反应原材料也不是我们所熟知的氢,而是氢的同位素,我们叫重氢和超重氢,也叫氘、氚;其次,必须要说明的是,理论上,氮弹是可以造出来的,但是制造氮弹比氢弹的难度要大的多,目前的人类可能还没有这种技术;此外,氮弹释放出的能量也没有氢弹那么多,因此实际意义并不大。
图:氢弹爆炸
说到这儿,就不得不引入物理学中的一个概念:比结合能。比结合能是某种元素原子的结合能和核子数目的比值。这个值越大,原子越稳定。在目前已知的元素中,铁元素的比结合能越大,因此,我们可以说铁元素最稳定。这也就意味着铁元素原子核的平均核子质量是最小的,任意元素通过核反应变成铁元素都要出现一定3的质量亏损而释放能量。原子序数比铁小的可以通过聚变形成铁元素,原子序数比铁大的可以通过裂变形成铁元素。这样看来,氮元素自然也是可以作为核燃料来制造"氮弹"了。
图:比结合能曲线图
但根据比结合能曲线就可以看出,相比较于氢弹来说,氮元素做成的热核武器其威力似乎并没有什么显著的优势。虽然不可否认其威力还是很大,但和氢弹是没办法比的。除此之外,比结合能越大的元素,其核反应所需的条件就越苛刻。目前氢弹的引爆必须用原子弹,也就是说没有原子弹,氢弹是炸不了的。连最容易发生聚变的重氢超重氢发生聚变所需的条件都需要原子弹来满足,那氮弹岂不是需要用氢弹来引爆了?用威力大的引爆威力小的,目的是什么呢?
因此,氮弹是有一定的理论支持的,但实际上由于技术水平和一些其他因素的限制,人类没有去制造氮弹。
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张家小智儿
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
核聚变就是原子核的融合过程,过程中释放巨大的能量。如何才能让原子核发生融合反应呢?就得需要高温与高压,这样原子核外电子分离,剩下裸露在外的原子核,由于高温与高压,原子核相互间碰撞聚合在一起,形成新的较重的原子核。
氢弹就是核聚变反应,但前提需要裂变带来的高温高压才能进行之后的核聚变,并且,氢弹在爆炸时,核聚变也只进行了有限的时间,之后温度与压力就降了下来了,聚变反应停止。
越重的原子核间聚变反应所需的条件就越高,比如氦聚变,它所需要的条件就比氢聚变高得多了,一般来说,氢聚变需要1500万摄氏度的温度,那氦聚变就得需要上亿摄氏度。
恒星之所以能一直进行到聚变产物是铁而不再进行,是因为恒星拥有巨大的质量,由于重力收缩而带来巨大的压力与高温,因此可以完成氢聚变及以后的重核聚变,但只能到铁。
如今的氢弹引爆尚且需要原子弹的裂变反应带来高温高压条件,想要制造重核聚变反应的炸弹,根本不可能,技术条件还严重不达标。