太阳持续不断地聚变反应,为什么不会像核武器一样瞬间炸完呢?

太阳持续不断地聚变反应,为什么不会像核武器一样瞬间炸完呢?

太阳能存在几十亿年,很重要的一个原因是核聚变产生向外的推力与太阳的万有引力去取得了平衡,这是太阳能够持续核聚变的主要原因,它让太阳能够持续发光发热了将近50亿年,并还将持续下去,直到100亿年之久!

这种平衡其实很好理解,就是一个向外的力(核聚变)和一个向内的力(万有引力)取得的一种完美平衡!而一旦这种平衡被打破,太阳也将不复存在!

比如说核聚变占据统治地位,太阳会被“炸飞”自我解体。而如果万有引力占据主导地位,太阳就会迅速坍缩!

还有一个原因就是核聚变并不是在整个太阳一起发生,而只是在内核发生。因为核聚变需要极高的温度压力,只有内核才能满足这种条件,那里的温度高达1500万摄氏度,而太阳表面温度仅有6000摄氏度左右!

多亏了太阳的这种平衡机制,才有了长达数十亿年发光发热的稳定,给地球充分的时间产生生命并最终进化出人类这种智慧生命!

可太阳为什么能持续不断地聚变反应,而不会像氢弹一样瞬间炸完呢?

核武器,无论是原子弹,氢弹还是其他变种的核武器,都存在一个致命的问题,那就是它的装药总爆炸当量远大于它的实际爆炸当量。这是因为爆炸产生的巨大能量把更多来不及参与核反应的装药材料给吹散了。而当核装药的密度或者质量低于裂/聚变的临界值的时候,核反应就不再继续了。

比如,把两块稍低于临界值的丰度高于95%的核装药级的U235凑到一块时,它会因为总质量超过了临界值而立刻发生核裂变。但两块U235接触的地方会因为核裂变产生的高能而瞬间分开。而分开后的两块U235就又都因小于其裂变的临界值了而不会继续进行裂变反应了,它们又成了两块由放射性元素组成的金属块了。当年,美国在广岛扔下的原子弹的装药是U235,其装有60公斤U235,但实际参与了裂变的只有1.5公斤左右。其余的U235都没来得及裂变就被吹散了。这些被吹散的U235就是如今广岛核爆中心依旧不能住人的主要原因。

氢弹的情况也是大致如此。相比原子弹,氢弹的技术难度更高,这是因为氢发生核聚变的条件远比原子弹苛刻。氢弹装药没有临界值,不会自行发生核聚变,聚变材料需要在数百万℃的高温下才会发生核聚变反应。因此,氢弹通常是要通过一个内置的小型原子弹来引爆的聚变材料。只是原子弹产生的高温虽然可以引爆聚变材料,但原子弹爆炸和率先发生核聚变的部分核装药聚变时所产生的超高压则会瞬间吹散剩余的聚变材料。如何寻找它们之间的平衡点,赶在聚变材料被吹散之前能有尽可能多的聚变材料参与核反应,考验着各国最顶级的核物理科学家。

换句话说,制约氢弹爆炸当量的,其实就是它本身。

而太阳的情况则完全不同了。因为太阳的质量和体积都足够大,其内部发生核聚变时,所产生的巨大能量同样会吹散其他参与聚变的聚变材料。但由于其超大质量产生的超大引力,被吹散的聚变材料又会被重新拉了回去继续参与核聚变。只有那些超高速的高能粒子才能冲破引力,从太阳内部逃逸出来。

不过,由于太阳的体积和质量有些过大,从而导致了其除了核心区域外的氢元素难以进入核心区参与核聚变。这种情况,随着恒星的质量增大而愈加严重。也就是说恒星越大,其内部对流越不顺畅。而更大的质量又导致其核心区更剧烈的核反应。这就是质量越大的恒星,寿命越短的原因。

相比之下,比太阳小得多的另一种矮恒星---红矮星就完全不同了。因为其质量要比太阳小得多,因此,其核心区的聚变反应要平稳的多,外部对流层和平流层异常活跃,外层的聚变材料可以进入核心区参与核聚变。因此数百亿年的主序期已经不再是红矮星追求的目标了,数千亿年才是。

还有一种比红矮星质量更小的另类恒星,那就是被称作“失败的恒星”的褐矮星。它们的情况就跟两块处于亚临界的U235碰一块的情况一样。因为它们的质量不足以使其核心区发生持续的核聚变。因此,其核心区一旦有了聚变反应,就把其他聚变材料给“吹散”了。要等到它们重新聚集在核心区以后,才会继续核聚变,然后又被“吹散”.......一直这样无限循环下去。

虽然是太阳和氢弹的原理一样,但质量是相差太多太多了。

PS:未经同意不得转载(图片来源网络)