人造太阳

时间:2026-04-16 16:31:04编辑:流行君

为什么要发展“人造太阳”?

100年前,爱因斯坦预见了在原子核中蕴藏着巨大的能量。依据他提出的质能方程E=mc2,核聚变的原理人造太阳看上去极其简单:两个轻核在一定条件下聚合成一个较重核,但反应后质量有一定亏损,将释放出巨大的能量。1939年,美国物理学家贝特证实,一个氘原子核和一个氚原子核碰撞,结合成一个氦原子核,并释放出一个中子和17.6兆电子伏特的能量。这个发现揭示了太阳“燃烧”的奥秘。 实际上,太阳上的聚变反应已经持续了50亿年。在宇宙中的其他恒星上,也几乎都在燃烧着氢的同位素———氘和氚。(氢原子最容易实现的聚变反应是其同位素氘与氚的聚变。氘和氚聚变后,2个原子核结合成1个氦原子核,并放出1个中子和17.6兆电子伏特能量。每1升海水中含30毫克氘,30毫克氘聚变产生的能量相当于300升汽油。 ) 而氘在自然界中几乎“取之不尽”。科学家初步估计,地球上的海水中蕴藏了大约40万亿吨氘。从1升海水里提取的氘,在完全的聚变反应中所释放的能量,相当于燃烧300升汽油。如果把自然界中的氘用于聚变反应,释放的能量足够人类使用100亿年。 在实验室中,聚变反应的优点被不断发现——它产生的能量是核裂变的7倍,反应产物是无放射性污染的氦。更完美的是,未来的聚变电站会始终处于次临界安全运行状态,一旦出现意外,反应会自动停止,不会发生像三哩岛和切尔诺贝利那样的核泄漏事故。 1952年美国试爆了第一颗氢弹,促使科学家考虑如何控制核聚变反应在瞬间爆发的毁灭性能量,“人造太阳”之梦由此而始。 此后,石油、煤炭等化石能源日益枯竭,能源危机和温室效应步步逼近,获取新型能源已经变得十分迫切。虽然风能、水能、太阳能等可再生能源不断地被开发利用,但很难想象,它们能够完全替代传统能源。
一旦“人造太阳”成功运行,带给世界的变化将是革命性的。各国之间再也不用为中东的石油而发生战争。没了石油、煤矿开采带来的污染,二氧化碳的温室效应、南极冰面的萎缩、海岸线的增高等等一系列现在人类头疼的问题都会消失。它将给人类带来无限清洁的能源,就像太阳给我们的一样。


太阳是人造的吗

太阳不是人造的。
太阳是在大约45.7亿年前在一个坍缩的氢分子云内形成。太阳形成的时间以两种方法测量:太阳目前在主序带上的年龄,使用恒星演化和太初核合成的电脑模型确认,大约就是45.7亿年。这与放射性定年法得到的太阳最古老的物质是45.67亿年非常的吻合。太阳在其主序的演化阶段已经到了中年期,在这个阶段的核聚变是在核心将氢聚变成氦。每秒中有超过400万吨的物质在太阳的核心转化成能量,产生中微子和太阳辐射。以这个速率,到目前为止,太阳大约转化了100个地球质量的物质成为能量,太阳在主序带上耗费的时间总共大约为100亿年。
太阳没有足够的质量爆发成为超新星,替代的是,在约50亿年后它将进入红巨星的阶段,氦核心为抵抗引力而收缩,同时变热;紧挨核心的氢包层因温度上升而加速聚变,结果产生的热量持续增加,传导到外层,使其向外膨胀。当核心的温度达到1亿K时,氦聚变将开始进行并燃烧生成碳。由于此时的氦核心已经相当于一个小型"白矮星"(电子简并态),热失控的氦聚变将导致氦闪,释放的巨大能量使太阳核心大幅度膨胀,解除了电子简并态,然后核心剩余的氦进行稳定的聚变。从外部看,太阳将如新星般突然增亮5~10个星等(相比于此前的"红巨星"阶段),接着体积大幅度缩小,变得比原先的红巨星暗淡得多(但仍将比现在的太阳亮),直到核心的碳逐步累积,再次进入核心收缩、外层膨胀阶段。这就是渐近巨星分支阶段。


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