既然很多元素能進行核聚變,為何人類只造了氫彈,而不造別的彈,如氮彈?

香菸飄渺35


按照現有理論,元素序號在鐵以下的元素都可以通過核聚變釋放能量,而元素序號在鐵以上的元素則只能通過核裂變釋放能量,如果強行進行核聚變,則所要吸收的能量將超過最終所能釋放的能量,也就是整個過程的能量釋放為負數。

雖然元素序號在鐵以下的元素均可以進行核聚變並釋放能量,但是不同元素產生核聚變所需的條件是不一樣的。而核聚變的條件主要包括溫度和壓力,只有在溫度和壓力足夠大的情況之下,核聚變才能發生。而在所有元素裡,核聚變所需溫度和壓力最低的就是氫了,因此在人類沒有掌握產生高溫高壓的技術之前,氫核聚變是最容易實現的。

上圖是一些常見元素的核聚變條件。從圖中可以看到,從第1號元素氫到第2號元素氦,核聚變所需的溫度就增加了一個數量級,也就是說氦元素核聚變所需溫度是氫元素核聚變的10倍。而壓力方面,所需的恆星質量也增加了10倍!(恆星質量越大,引力坍縮所產生的核心壓力也越大)這個難易程度差距也太大了,關鍵是元素序號越大的,也就是越重的元素,核聚變的能量釋放率反而越低,也就是相同質量的不同元素所能釋放的能量是不一樣的,元素越輕,相同質量下釋放的能量就越大。所以想要通過核聚變獲得能量,較重的元素不單實現核聚變更加困難,能量釋放率還更低,這種吃力不討好的事情誰願意去做呢?

因此目前世界各國都只掌握了氫核聚變,沒有國家打算製造氦以上的核聚變,不划算。其實目前好像也製造不了……

補充說明一下,其實人類掌握的氫核聚變並非用我們平常所知道的氫,而是利用氫的兩種同位素:氘和氚。而我們平常說的氫是氕,原子核裡只有一個質子;氘原子核裡含有一個質子和一箇中子;氚原子核裡含有一個質子和兩個中子。由於氫核聚變的最終產物——氦含有兩個質子和兩個中子,所以是不能自己通過四個氫核合成的。


科學認識論


直接答案就是理論和實踐的區別。

在核物理理論中有一個專業名詞叫比結合能,比結合能是表徵原子核穩定性的一個物理量。原子核位於原子核的中部,由中子和質子兩種核子構成。比結合能越大,原子核就越難“拆開”成單個核子,就越難參與到核反應中。


如圖中所示,自然界目前發現的元素中,鐵的比結合能是最大的,氘和氚的比結合能是最小的,也就是理論上來看,除了鐵我們都有辦法來使他參與核反應的,只不過選擇氫元素的同位素氘和氚最容易發生核聚變反應。就像我們生火時會選擇容易燃燒軟柴是一個道理。

核聚變反應本身需要極高的溫度和壓力,氘和氚之間的聚變即便是最容易,初始的反應條件溫度大概也需要至少1400萬攝氏度,還需要極高的壓力,反應條件如此苛刻,以至於目前我們無法持續提供這麼一個反應環境,只有在原子彈爆炸瞬間產生高溫能夠達到這個反應條件,但即便是這個高溫也不能夠大多數元素參與聚變,因此氘氚是最優的選擇,理論上除了鐵都可以,但是隻有氘氚可以實際應用。

最後一點敲黑板,氫彈不是使用的普通的氫原子,而是氫的同位素氘和氚。


核先生科普


為什麼人類目前只造了氫彈,沒有造其它的蛋,比如氦彈、氮彈,很簡單,那是因為人類目前還沒有能力造出來。

可能大家都知道氫彈要靠原子彈引爆,為什麼不能直接引爆,那是因為核聚變需要在高溫高壓的條件下才能發生,我們要用原子彈爆炸時產生的高溫高壓才能引爆氫彈。雖然發明了氫彈,但目前人類只能利用核裂變發電,目前還沒有能力造出穩定可控的的核聚變反應堆。


核反應分為聚變反應與裂變反應,一般輕核聚變與重核裂變都可以釋放能量。輕核與重核以鐵元素為分界嶺,重核也可以聚變,只不過重核聚變時要吸收能量而不是釋放能量,因此恆星內部的核聚變反應最多聚變到鐵就停止了,恆星的生命也步入了終點。

氫聚變反應依靠的是氫的同位素氘和氚聚變為氦。我們的太陽目前就是依靠氫聚變反應發光發熱的,由於太陽的質量較小,最多隻能聚變到碳就結束了。太陽內部由於有引力產生的高壓條件,只需要大約2000萬攝氏度的溫度就可以實現氫聚變反應。而在地球上,要實現可控的氫聚變反應,則至少需要上億度的高溫。

氮元素排在碳元素之後,氮聚變反應在太陽內部都不能實現,更別提在地球上實現氮聚變反應了。構成我們身體的各種元素,大多都來自恆星內部的核反應熔爐。至於鐵元素之後的,諸如黃金、白銀等各種重元素,則誕生於恆星生命最後瘋狂——超新星爆發,只有在那種極端環境下才能合成元素週期表之後的重元素。


科學探索菌


氫彈能把威力發揮到最大,同等噸位的其他彈釋放的能量遠遠低於氫彈釋放的。

為什麼會這樣?這裡其實涉及到一個叫做結合能的概念——結合能,簡單理解就是較輕的核子結合成較重的的核子時釋放的能量,也就是核聚變釋放的能量。

從上圖可以看出,從氫核(H)到氦核(He)每個質子的結合能陡然上升,以後的碳核(C)氮核(N)氧核(O)之間的差距很小,上身緩慢。

這什麼意思?實際上兩個相互靠近的核子之間的差值就是由其中較輕的核子聚變較重核子釋放的能量,而所有核子中,氫核到氦核是差值最大的。

這條曲線的最大值的地方,也就是質量數為56的鐵核,在曲線的右邊,結合能不升反降!這意味著鐵核及其後面的核子在聚變時不釋放能量,還反倒吸收能量,恆星沒了核聚變釋放的能量形成的輻射壓來抵抗自身的重力,也就坍縮爆炸,變成超新星了,這也是為什麼說鐵元素是恆星殺手的重要原因。

除了結合能,還有另一個和它相關的概念,叫做比結合能——比結合能是結合能與核子數的比值,描述的是原子核的穩定性,數值越大,質子和中子結合的越緊密。


同樣的,核子之間的比結合能差值也能反映從一種核子轉變成另一種核子釋放或者吸收的能量。

除了(比)結合能的原因,還有另一個重要原因就是氫核之間的電荷排斥力最小。

氫核因為擁有的質子數最少,僅有1個質子,而氮核卻擁有7個質子,由此導致兩個氮核結合在一起的電荷排斥力(庫侖力)要比兩個氫核結合在一起更大更困難。

這意味著聚變氮核需要更高的溫度和更大的壓力,而小小的核武器是不能提供這樣的環境的,包括像太陽這種每秒爆炸釋放相當於100萬億顆廣島原子彈能量的核武器庫也不能提供把氮核聚變成更重核的任務。


擋不住的熵增


太陽核心溫度高達1500萬攝氏度,太陽的所有核聚變幾乎都在核心發生的,如此高的溫度都沒能發生所謂的“氮彈”,就知道想要製造“氮彈”有多難了!

所以說,簡單說,就是人類技術還遠遠達不到製造所謂的“氮彈”!目前人類只能製造氫彈,而且遠沒有達到完全控制氫彈的能量!

太陽大部分成分是氫和氦,還有極其少量的其他重元素。事實上太陽的一生也很難製造所謂的“氮彈”,因為在太陽耗盡氫燃料之後,開始膨脹成為紅巨星,之後成為白矮星,黑矮星,終結自己的一生!

而想要聚合成更重的元素,需要質量更大的恆星才行,說白了,需要溫度壓力都更高才行!但普通的恆星只能聚合但鐵就停止了,要想產生比鐵更重的元素,需要更劇烈的條件讓鐵元素繼續聚合,這就是超新星爆發,它產生了如今我們見到的幾乎所有重元素,比如我們經常使用的金銀首飾!

即使同樣是核聚變,太陽內部的核聚變是氫元素,而人類製造的氫彈是氫的同位素氘和氚,因為氘和氚比氫更容易發生核聚變!

所以,“氮彈”(甚至“鐵彈”)理論上確實是可行的,但實際上不可能做到,既然連我們的太陽都做不到,我們人類就不要想了,起碼目前的科技水平絕對達不到!


宇宙探索


因為氫核聚變需要的溫度和壓力都是人類目前可以達到的,而且釋放的能量也十分可觀,起碼不會入不敷出


人類之所以只能製造氫彈,是因為氫彈的觸發所需要的溫度和壓力是人類可以用原子彈實現的,氫彈是一個三級熱核反應,常規炸藥引爆原子彈,原子彈的高溫高壓使得核材料發生聚變反應。

理論上除了鐵元素其他任何元素都能進行核聚變,只不過需要超高溫和超高壓,氫彈所使用的氘和氚之間的聚變就算是最容易的了,但是也需要1400萬度的超高溫和超高壓,所以人類只能用原子彈的超高溫和超高壓去引爆氫彈,要想掌握可控核聚變技術就必須製造一個穩定的超高溫超高壓環境,比如說太陽核心的那種環境才行。



題主所說的氮彈,氮要想發生聚變反應需要的溫度是7.8億度,這種變態的高溫人類現在達到也絕非易事,更“虧”的是氮彈爆炸後的能量釋放只有氫彈的1/860,也就是說同樣質量的氫彈爆炸後的威力要比氮彈大860倍,而且只需要1400萬度的高溫就能觸發。


這樣看來人類不製造氮彈的理由就很充足了,就是製造難度大而且威力小


宇宙探索未解之迷


看了一大堆的回答,都是說什麼比結合能啊,什麼分子間作用力啊,其實這並不是根本原因!

真正的原因其實很簡單,我們現在根本做不到重核聚變!

就像N年前,我們不能對鐵進行鑄造,只能用銅。

就目前來說,我們能夠控制並利用的核能僅核裂變,而且還必須是U235!

而目前的聚變反應其實就是將氫的同位素氘和氚在極高溫下進行碰撞聚合的!氫彈的原理則是二爆技術,通過重核核裂變產生的高溫引動輕核核聚變!

對應的,如果輕核越大越重,所需的啟動溫度就越高,不然就沒有足夠的速度和能量打破原子核間力。順帶解釋下為什麼不選氫而是氘或氚的原因則是氫的核子較穩定,且氫核子較小,碰撞幾率比氘氚小了不少。目前人類的技術水平的話,能夠利用的輕核元素僅氫和氦的幾種同位素而已!

所以,別扯什麼比結合能和核子間力或分子間力了!僅僅是目前技術水平達不到而已!

雖說通過使用粒子加速器可以實現重核聚合,但實用的話,還沒這個能力!

此外,就算鐵元素也不是不能進行聚變或裂變,僅僅只是在核子能級上來說,鐵核不管聚變還是裂變,都需要吸收能量。

但有一點需要說明的是,因為理論上還存在反粒子,對應的則是泯滅,質量完全轉化為能量,但這個就更虛無縹緲了。


Double豆科技


既然很多元素能進行核聚變,為何人類只造了氫彈,而不造別的彈,如氮彈?

理論上,只要在鐵元素之前(不包含鐵元素)的任何元素都可以製造聚變蛋,只是條件高低難易程度各不相同而已,那麼請問,有更簡單為什麼要選擇那麼難的,於情於理都不合適!

撇開氫彈不說,上圖是各種元素的聚變產物以及聚變條件,最後一欄是相對於太陽的質量!當然我們沒有如此巨大的質量,但可以製造出如此高壓與高溫,不過我們可以看到越是重元素,其聚變的溫度也就越高,相對我們製造氫彈的“扳機”,原子彈的難度就越大,也許可能要用一枚氫彈來做另一枚更重元素製造的聚變蛋扳機!但即使是氫彈爆炸的高溫也許也無法點燃更重的元素!

上圖中,左邊的數字代表比結合能,數字越大表示其原子核就越難參與到聚變中來生成新的元素!可以看出鐵是最高的,從另一種意義上來說,鐵是最穩定的元素!即使再巨大的恆星其元素聚變到鐵之後就停止了,未來等待它的就是超新星爆發,因為其無法聚變了,輻射壓再也無法支撐外殼巨大的質量,在內核巨大的引力作用下恆星外殼坍縮撞擊內核將直接導致超新星爆發.....當然在這個過程中鐵吸收巨大的能量之後依然可以合成新的元素.....!!

那麼我們為什麼不選擇元素中排第一的氫元素而要選擇氚氘呢?其實氚氘就是氫元素的同位素,與氫元素比較起來氚氘的條件更低!比如褐矮星的條件是燃燒氘元素,它只需要13個木星的質量即可維持,但氘元素在恆星中的比例是很低的,因此它只能維持五千萬至一億年!紅矮星即可燃燒氫元素,它需要80個以上的木星質量才能達到最低目標要求!

因此人類製造的氫彈所用的核聚變材料就是氚和氘,即使如此地球上實現了氫彈的也就聯合國五常,其他還有能製造的氫彈的嗎?可能會有,但他們敢嗎?可能也敢......不過卻不敢明目張膽!


星辰大海路上的種花家


一方面你可以理解為人類還沒有能力製造出氮彈,另一方面你可以理解為沒有必要。綜合在一起說,那就是製造氮彈並不划算。


為什麼我這麼說呢?首先核反應是很難進行的,原子彈利用的是核裂變,氫彈則利用的是核聚變,核裂變的條件相比於核聚變沒有那麼嚴格,核聚變就很難進行了。我們都知道太陽能夠發光發熱是因為太陽上無時無刻不在進行著核聚變反應,每分每秒相當於有無數的氫彈在太陽上爆炸,但是對於太陽來說,核聚變也僅僅發生在溫度極高壓強極大的核心,這個地方,溫度高達1500萬攝氏度!

如此高的溫度,太陽上也沒有能夠發生氮聚變,更別說人類了,能夠製造出氫彈這麼厲害的東西已經很不錯了。理論上來說,氮聚變需要在7.8億攝氏度這樣一個變態溫度下進行,這樣一個溫度,想要達到絕非易事。氫彈是怎麼引爆的呢?首先用常規炸藥引爆原子彈,然後再用原子彈引爆氫彈。目前為止,好像也沒有哪個原子彈爆炸能夠製造這麼高的溫度。

按道理來說除了鐵之外的其它元素都可以進行核聚變,因為鐵的比結合能最大,鐵也最穩定。比結合能越大的話呢,就越難以把原子核打開,越難以參與到核聚變反應中,但是氫元素就不一樣了,氫的比結合能小,選擇氫元素的同位素氘和氚最容易發生核聚變反應。而想要製造氮彈的話,人類目前根本就沒有能力。

除了技術方面的原因呢,還有別的考慮,那就是如果相同質量的氮彈和氫彈爆炸的話,氫彈釋放的能量比氮彈多得多,多多少呢?氫彈的威力將會有氮彈的幾百倍,差距大吧,這樣看來就算辛辛苦苦製造出來了,威力還更小,那麼為什麼要做吃力不討好的事呢?還有,現在很多國家已經銷燬了原本擁有的氫彈,氫彈的威力不用我多說了吧,如果還想製造威力更大的核彈的話,相信世界上沒有哪個國家會願意的。


鏡像宇宙


首先,我們平時說的氫彈,它的熱核反應原材料也不是我們所熟知的氫,而是氫的同位素,我們叫重氫和超重氫,也叫氘、氚;其次,必須要說明的是,理論上,氮彈是可以造出來的,但是製造氮彈比氫彈的難度要大的多,目前的人類可能還沒有這種技術;此外,氮彈釋放出的能量也沒有氫彈那麼多,因此實際意義並不大。

圖:氫彈爆炸

說到這兒,就不得不引入物理學中的一個概念:比結合能。比結合能是某種元素原子的結合能和核子數目的比值。這個值越大,原子越穩定。在目前已知的元素中,鐵元素的比結合能越大,因此,我們可以說鐵元素最穩定。這也就意味著鐵元素原子核的平均核子質量是最小的,任意元素通過核反應變成鐵元素都要出現一定3的質量虧損而釋放能量。原子序數比鐵小的可以通過聚變形成鐵元素,原子序數比鐵大的可以通過裂變形成鐵元素。這樣看來,氮元素自然也是可以作為核燃料來製造"氮彈"了。

圖:比結合能曲線圖

但根據比結合能曲線就可以看出,相比較於氫彈來說,氮元素做成的熱核武器其威力似乎並沒有什麼顯著的優勢。雖然不可否認其威力還是很大,但和氫彈是沒辦法比的。除此之外,比結合能越大的元素,其核反應所需的條件就越苛刻。目前氫彈的引爆必須用原子彈,也就是說沒有原子彈,氫彈是炸不了的。連最容易發生聚變的重氫超重氫發生聚變所需的條件都需要原子彈來滿足,那氮彈豈不是需要用氫彈來引爆了?用威力大的引爆威力小的,目的是什麼呢?

因此,氮彈是有一定的理論支持的,但實際上由於技術水平和一些其他因素的限制,人類沒有去製造氮彈。

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