太陽內部進行核聚變的元素是氕還是氘還是氚?為什麼人類研究可控核聚變不能利用氕?

X黑暗聖堂M


我們都知道太陽發光發熱是通過氫核聚變產生的,而我們人類製造的氫彈以及可控核聚變技術也都是通過氫核聚變產生的,然而它們的氫核聚變方式卻並不一樣。




核聚變是在極端的高溫高壓環境下促成的,它必須能使原先的原子結構破解重組,生成新的原子才能發生,元素週期表上位於鐵元素之下的元素核聚變都可以在這一過程中產生能量,其中以氫元素的聚變產生的能量最多。

太陽是一個質量巨大的自然天體,是我們地球質量的33萬倍,其內部可以產生足夠的高溫高壓,在超過400萬開爾文的溫度下,在物質密度是固態鉛的十倍以上的情況下,就可以將它內部的氫元素進行聚變了。



氫元素有三種同位素:氕、氘、氚。在恆星的內部,第一步聚變就是將兩個氕核聚變為氘核,並釋放一箇中微子和正電子,這時候就有能量產生了。而當正電子遇到周圍的電子,就會湮滅為兩個光子,這就是太陽光的最初起源。而兩個氕原子轉變形成氘後,又會以兩個氘原子核聚變轉變成氦原子,這一過程中也可以釋放大量能量併產生光子。


但是我們人類所利用的氫彈核聚變以及可控核聚變技術都是將氘或者和氚聚變成氦,並沒有太陽氫核聚變中的氕原子轉變成氘原子,配合太陽的氫核聚變並不相同,人類所利用的氫核聚變能量的釋放相對於太陽的能量聚變方式來說要少多了。



太陽內部有著1500萬攝氏度的高溫,壓力更是非常巨大,內部的物質密度也非常高,所以太陽可以將氕、氘、氚三種氫的同位素進行核聚變,每秒鐘就有400萬噸左右的氫同位素被聚變釋放能量,所以太陽才能是一顆能量巨大的恆星。我們的地球距離太陽約1.5億公里遠,但我們仍然能感到太陽光輝的溫暖,地球上的萬物生命也都依賴著太陽的溫暖光輝。


科普大世界


答:在太陽內部,同時進行著氫的同位素氕和氘的聚變反應,氘的含量極低;其中氕核聚變速度很慢,決定著氫向氦融合的速率,也限制了人類無法使用氕作為可控核聚變材料。


學習化學元素週期表時,我知道氫有三種同位素:氕[piē]、氘[dāo]、 氚[chuān],分別用字母H、D、T來表示。

在恆星內部,主要進行著氫元素向氦元素聚變的過程,太陽剛形成時,氫元素中的“氕”佔了絕大部分質量,當太陽內的核聚變反應被點燃後,氕核會發生如下幾步反應:

第一步:

1H+1H→2D+e(+)+v,ΔE=1.442MeV,Q(v)=0.265MeV;

其中v是中微子,e(+)為正電子,可以看成兩個氕核先聚變為氦-2,由於氦-2極不穩定,立馬又衰變為氘核;這一步反應非常慢,因為質子變為中子的過程是需要吸收能量的。

第二步:

2D+1H→3He+γ,ΔE=5.494MeV;

一旦有了氘核,就可以與氕核進行下一步聚變生成氦-3,部分氦-3還會被太陽風吹走,然後落到沒有磁場和大氣的月球表面,所以月球上擁有豐富的氦-3資源。

第三步:

3He+3He→4He+2H,ΔE=12.860MeV;

氦-3聚變是一個完美的過程,不僅釋放能量高,而且沒有中子生成,生成物中的氕核由於帶正電荷,很容易對其進行隔離和屏蔽;所以氦-3的聚變,可以做為未來可控核聚變的清潔核能源。


此後的聚變將會變得非常複雜,涉及很多聚變過程,還有多個比氦重的元素參與反應,但是最終的產物都是氦-4;比如反應8Be→2(4He),7Li+1H→2(4He)。

所以在太陽內部,整體反應就是氫元素向氦元素聚變;人類在託卡馬克裝置中可以製造上億度的高溫,氫彈爆炸溫度也上億度,而太陽內部溫度只有1500萬度。

但是太陽內部有著極高的壓力,雖然人類製造的溫度更高,但是由於壓力太低,使得現有技術無法實現氫核參與聚變;在可控核聚變中,氘核與氚核的聚變是最容易的,其次就是氦-3的聚變過程。


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艾伯史密斯


核聚變要有高溫高壓,使原來的原子結構破解重組,形成新的原子。太陽上的核聚變氕氘氚都可以。但是,氕比氘氚要穩定,破解重組更困難。地球上的人為核聚變的壓力與溫度達不到太陽內部的高度,只能用易破解重組的氘氚了。


光量子宇宙


太陽中的核聚變先是兩個氕通過貝塔轉變形成氘,然後兩個氘再由核聚變轉變成氦。由於氕必須先轉變為氘才能再聚變為氦,所以人工核聚變就直接用氘了,這比用氕要簡單得多了。


相對論者


太陽內部的高溫高壓,使得任何小原子核都可以聚合,大原子核都可以裂變。裂變是束縛態的核子獲得能量而自由,聚變是自由的核子撞成一團。聚變是太陽能量的來源,裂變是太陽內部能量的消耗。由於太陽內部的聚變和裂變可逆,所以太陽的聚變跟氫彈相比,顯得非常緩慢,這就是太陽很“耐燒”的原因。由於裂變在太陽內部是主流,所以太陽內部只有氫元素,在太陽外部則有和地球上元素週期表中多數的品種。隨便說一下,太陽內部的氫元素都是自由質子,原子核沒有中子的氫元素四個不能聚合成氦原子,氦原子必須有兩個中子,否則不是穩定態。太陽內部本身就不是穩定態。所以聚變和裂變可逆。氫彈短時間內就反應完畢,原因就是終極產物是穩定態的。人類如果要模擬太陽內部環境,裝置的容器怎麼承受一千萬度的高溫呢?


有點慢10


氫聚變可以研究,但是太陽本質是電磁效應,是個幾乎中空的電磁波火球(中間能量平衡),外層高密電磁波與太空形成能量差和壓力差才呈現光球層,並恆久放能,太陽至少有一顆小恆星的小宇宙,太陽沒有實質性,與原子同源同理,原創,引用聲明。


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