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太阳那么高强度燃烧为什么不会爆炸？

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发布时间：2020-12-06加入收藏来源：互联网点击：

太阳那么高强度燃烧为什么不会爆炸？

回答于 2019-09-11 08:43:50

回答于 2019-09-11 08:43:50

太阳那么高强度燃烧为什么不会爆炸？

太阳是太阳系中唯一的恒星，不但通过它强大的引力保障了整个系统运行的稳定性，另外也通过内部的核聚变向外释放出源源不断的光和热。据科学家们测算，太阳每秒钟释放的能量可以达到3.8*10^26焦耳，相当于900亿个当量在百万吨级核弹爆炸所释放的能量，也大致相当于1.3亿亿吨标准煤燃烧时产生的能量，我们地球能够接收到的太阳发出的能量，占比仅仅达到22亿分之一，就是这么一点看似不起眼的比例，为地球维持相对稳定的温度和生命体的诞生以及生物的发展演化提供了充足的保障。大家都知道，太阳内部的核聚变和氢弹爆炸的原理有一定的相似性，为何氢弹瞬间燃爆，而太阳可以持续释放能量呢？




之所以出现这样的情况，有一个非常形象的概念来形容，那就是可控性。简单来说，氢弹爆炸属于不可控的核反应，而太阳内部的核反应属于可控的核聚变。我们先来看一下氢弹爆炸的原理，说白了它是一种核裂变和核聚变的综合体，内部是氢弹，外部是原子弹（当然现代大部分氢弹在最里层还会布设一层原子弹），首先要引爆外层的原子弹，通过铀-238发生裂变，释放出巨大的能量，使得中心区温度瞬间达到1亿度（这也是氢发生核聚变的最低温度），从而激发内核氢同位素－氘的核聚变反应，达到引爆氢弹的目的。如果里面再有一层原子弹，那么核聚变的能量又能够激发核心区原子弹的爆炸，从而释放出更多的能量以及放射性物质。因此，氢弹的爆炸过程可以用核裂变－核聚变－核裂变来描述。




现在包括我国在内的一些国家，正在研究制造的“人造太阳”，实际上就是一种可控核聚变装置，研究的思路就是利用高温和强大的电磁场环境，将轻元素核聚变的进程稳定控制在一个密闭的特殊装置中，在这个装置中所能达到的极限高温数值，以及这个高温所能持续的时间，是决定着核聚变能够稳定运行的关键，目前我国在这方面已经通过实验达到了1亿度稳定运行10秒以上，此后还将测试更高的反应温度，在国际上已经处于领先地位。




相较于氢弹和“人造太阳”，太阳内部的温度其实远未达到1亿度，而仅有1500万度左右，按理说在这种温度条件下核聚变是不可能发生的。但是太阳有它的特殊之处，由于在其形成过程中不断吸聚的星际物质这种积累过程，一方面使得其质量非常巨大，达到了整个太阳系总质量的99.86%，另一方面在物质向核心处坍缩的过程中逐步推动内部温度和压力的提升。在非常高的温度和压力下，太阳组成物质的相态呈现的是一种等离子体状态，即由自由原子和电子所组成，而没有完整的原子结构。所有的自由原子（原子核）和电子都处于高速随机运行状态，每时每刻都在发生着具有一定机率的碰撞事件。




然而，任何原子核与原子核之间，都存在着强大的库仑力，这种力是一种排斥力，它与两个原子核所带电荷的乘积成正比、与原子核之间的距离平方成反比，作用关系与万有引力相似，但是又有着明显的不同，一方面体现在库仑力的作用效果与万有引力相反，是推动原子核相互排斥的力；另一方面库仑力的数值要比万有引力大得多。要克服库仑力的作用使原子核相互碰撞实际上非常难，即使在太阳内部的高温高压环境也无法达到这样的条件。




不过，微观世界中还有一个量子隧穿效应的存在，它可以推动质子有一定的几率突破库仑力提供的这种势能壁垒，从而直达另一个质子的内部，实现了“质子穿越”，从而为核聚变的产生奠定坚实的基础。虽然在太阳内部这种质子穿越所占的比例仍然很小，但是太阳物质储备的众多氢元素，为这种量子隧穿提供了雄厚的“群众基础”，比例虽小，可以用绝对数量来凑。据科学家们测算，太阳每秒钟有至少700万吨的质子参与核聚变反应，这个数值看上去非常庞大，但与太阳的总质量相比绝对是九牛一毛。




实际上，太阳内部的核聚变也是一个循序渐进的过程，其最主要的核聚变是质子与质子的链式反应。首先质子与质子结合形成氘，然后再与另外一质子结合形成氦3，最后两个氦3结合形成氦4，整体的链式反应就是4个氢原子聚合形成1个氦原子，同时释放出相应的伽马光子、中微子和部分能量的过程。这种链式反应，决定了太阳内部核聚变并非集中、大规模地进行，而是在非常低的概率下循序渐进发生的，“温和”的反应过程确保了核聚变的长期持续进行。




另外，太阳内部核聚变虽然比较“温和”，但所释放的能量总量也是非常巨大的，在这样的能量释放过程中太阳没有解体，还有一个关键性的可控因素，那就是因核聚变产生的向外辐射压，与太阳外层物质向内的重力相平衡的结果。如果内部核聚变强度变大，向外的辐射压就会相应增加，推动太阳体积发生膨胀，这就使得太阳内部的温度变低，从而拉低核聚变强度。反之，如果内部的核聚变强度变弱，向外的辐射压减小，太阳外层的物质向内的重力作用就会占据上峰，继而引发外层物质的向内坍缩，从而推动提升内核的温度，核反应强度重新提高。




在这样两个力量的长期抗衡作用下，保证了太阳内部的核聚变在几十亿年来一直保持着相对稳定的运行状态，太阳的体积总体变化也不大。不过，当再过20－30亿年之后，由于太阳内部氢元素的消耗量越来越多，氦元素的积累越来越丰富，太阳就会发生强烈的坍缩从而引发氦闪，氦闪之后由于氦参与了接下来的核聚变进程，从而释放更多的能量，因此辐射压猛烈提升，太阳的体积就会发生明显的膨胀，逐渐形成红巨星，其轨道甚至可以达到近地球的轨道，至此之后，太阳就完成了主序期的使命，进入到了生命的末期。

回答于 2019-09-11 08:43:50

核聚变

想要搞清楚太阳的燃烧，其实我们需要弄懂太阳核心发生的到底是什么反应？

事实上，太阳的核心是在发生核聚变，但这种核聚变和我们说到的氢弹一样么？实际上，是有点不同的。

氢弹的原理一般来说就是一个氘核和一个氚核发生反应，生成一个氦-4并和一个中子，释放大量能量的过程。问题就来了，氢弹是一下全炸了，而太阳并没有，究竟是咋回事呢？

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