太阳的能量来自核聚变还是核裂变 太阳是核聚变还是核裂变( 二 )


太阳的能量来自核聚变还是核裂变 太阳是核聚变还是核裂变

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但要想投入实际应用,需要解决的影响因素很多,比如驱动器效率、靶的设计等等 。因此相比于下面讲到的磁场约束,惯性约束核聚变距离能够投入应用,还有一段路要走 。
再来看磁场约束,这也是目前实现可控核聚变能够投入应用的最为明朗的途径,关于磁场约束的科普介绍相比于惯性约束还是比较多的,因此在这里,我就简单的说几句就可以了 。
太阳的能量来自核聚变还是核裂变 太阳是核聚变还是核裂变

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总体来说,就是如何处理好维持一团温度上亿摄氏度的等离子体的问题,因为在这个温度层面,地球上没有任何物质能够与其接触而不损坏,所以就想到了利用磁场去处理这团带电物质,但这也带来了一个问题,磁约束方案里的高温等离子体,它的密度是很低的,所以想要达到自持式的核聚变程度,那么约束时长就要比惯性约束长很多,用公式解释的话,见下图:
太阳的能量来自核聚变还是核裂变 太阳是核聚变还是核裂变

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这是上世纪五十年代,英国物理学家劳森给出了自持式核聚变的要求,在温度、密度、约束时长这三者乘积必须达到某一数值,自持式核聚变方能成功 。
为什么太阳能持衡至今?不论是惯性约束还是磁场约束,说到底就是为了核聚变能够持续的安全的进行,然而这一人类垂涎至今的技术,实际上早在太阳内部存在了,而且已经存在了46亿年之久!
到底是怎么做到的呢?没错,就是上面提到的最后一种约束途径—引力场约束,其实这个途径的繁杂程度远不及惯性约束和磁场约束,说穿了,简直可以用“一力破万法”来形容,此话怎讲?
因为太阳内部核聚变发生的大前提仅仅是因为自身质量庞大而已,毕竟核聚变本身就是轻核合成重核,把两个轻核强行“压”到一起就可以了,而太阳庞大的质量也就意味着极强的引力(毕竟拥有整个太阳系99.86%的质量,将八大行星牢牢束缚在引力范围内) 。
而这个约束过程具体是怎么发生的呢?
太阳系的前身是一团大星云,由于类似超新星爆发等巨大能量波动事件的发生,这团星云的稳定状态被打破,在引力的作用下,整块星云开始坍缩,也同时开始分裂,最终形成一块块的小星云,而其中的某个小星云最终坍缩成了我们现在的太阳系 。
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太阳则居于太阳系的核心位置,它积聚了整个太阳系99.86%的质量,可以说是一个不折不扣的巨型气体球(最主要的成分是氢氦),不过准确来讲,此时的太阳还没有达到核聚变的程度,因为其中心温度还很低,不过在引力的作用下,所有物质都会向中心聚拢,也就是这颗气体球的体积在不断的缩小,这就是所谓的引力坍缩 。
而体积缩小带来的直接后果就是:中心温度越来越高(引力势能转为热能,温度从内向外依次降低),而温度的升高,则导致相应区域的压强也在上升,这时候就出现了一个二力相抗衡的情况,一边是内部压强产生的向外扩张的力,另一边则是外部强大的向内收缩的引力,显然这二者的强弱决定了这颗气体球是膨胀还是收缩 。
虽然内部的压强极力抵挡引力压强,但在没有额外能源的补充下,显然是不可能战胜引力的,因为本身这颗气体球就要对外辐射能量,除非中心能量不丢失,否则体积就会不断的收缩 。
然而正是因为如此,一边是对外热辐射,一边是体积收缩(意味着密度增加),所以热辐射在穿越内部时,就会有越来越多的热量积聚下来,中心温度会经历一次爆升,达到一万摄氏度左右,此时我们就称呼这团气体球为原恒星 。