黄大仙救世
人造小太阳是什么?
更新时间:2019-08-12

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  易书科技是一家以内容制作、内容创意、内容运营为核心的多领域融合型发展的企业。本着内容精品化及跨界融合发展的理念,致力于出版(纸质、数字、音频、课程等载体)、影视IP、二维动画、视频等业务。你知道太阳为什么会不停地发出巨大的光和热吗?原来太阳上也在进行原子核反应哩。

  早在1938年,科学家贝特就指出,在太阳的炽热的核心里,正在发生核聚变反应,即在不断地由许多质子合成原子核的反应。

  我们在前面已经讲过原子核的裂变反应,这里说的却是原子核的聚变反应,这是怎么回事呢?

  前面讲过,像铀这样的重元素,它在裂变时,会有质量亏损,这些亏损的质量会变成巨大的能量,这就是裂变能。和原子发电站都是利用这种原理工作的。

  我们现在来看轻元素,如氢和氦。氢原子核是由1个质子组成的。氦原子核则是由2个质子和2个中子组成的。根据计算,氦原子的质量应该是4.031872“原子质量单位”。但是,科学家阿斯顿在用他的仪器实测氦原子质量时,却只有4.001507“原子质量单位”。香港挂牌这就是说,氦原子质量的理论值与实际值亏了0.30365“原子质量单位”。

  又是产生了质量亏损。根据物质守恒定律,这些质量亏损是化成了原子的结合能,原子核就是靠这种结合能把质子和中子“粘”在一起。这种结合能在科学上就叫聚变能。由此可见,原子核裂变可以施放出能量,同样,原子核聚合也可以施放出能量。这种聚变能就是聚变反应的产物。

  在太阳的核心里,正在发生4个质子合成一个氦核的反应,所以它会发出巨大的聚变能,光和热就是聚变能产生的。

  聚变反应的燃料一般是轻元素,如氦、氢及其同位素等。一个氢同位素氘核和一个氢同位素氚核互相碰撞,发生聚变反应,可生成一个氦核。聚变时同时释放出很大的能量,这种能量比裂变反应时发出的能量还要大。生成1克氦核的聚变反应,释放出来的能量就大约与燃烧12吨煤相当,这要比同样重量的核燃料裂变反应产生的能量大好几倍。

  根据这个道理,科学家准备用人工的方法来重现太阳核心的反应,也就是人工制造“小太阳”。

  不过,实行原子核的聚变反应有一个条件,必须加温,使原子核以极高的速度运动,才有可能叫它们聚在一起。不过,一旦聚变反应发生,就不必再加温了,它自己产生的能量就可以维持反应的要求了。这就像一般燃料,只要点着,它就不必老加温,自己就可以燃烧起来一样。正因为这个原因,人们才把原子核的聚变反应称作热核反应。比如为了使两个氘核或氢核发生聚变,就必须使它们充分靠近,近到只有十万分之一厘米的距离,要做到这一点,必须具有几千万摄氏度到两亿摄氏度的高温才行。因此,要实现聚变反应,获取这种反应的高能量,首先要付出高的温度。

  1952年,美国首先用人工方法实现了核聚变,这就是氢弹爆炸。氢弹原来就是用氢等轻元素作原料,用高温来促使这些元素的核聚变的产物。那么,氢弹里的高温是怎么得到的呢?是用爆炸得到的。也就是说,一颗氢弹里其实还藏有一个小小的。这个小小的就像普通炸弹里的雷管,它先爆炸,产生几百至几千万摄氏度的高温。在这种温度的“引燃”下,氢弹里的重氢发生核聚变,变成了氦核。在一瞬间,产生比还大的爆炸能量。1952年11月1日,美国在太平洋一个小岛爆炸的一枚叫“麦克”的氢弹几乎把这个小岛削平了。

  后来,人们又制造了威力更大的氢弹。这种氢弹里装的聚变原料是氢化锂或氘化锂,其中的“引爆”有多个普通的铀弹,或钚弹。1千克氘化锂的爆炸能力相当于5万吨烈性炸药梯恩梯。我国于1969年6月17日也爆炸成功了第一颗氢弹。这颗氢弹里面装的核“炸药”就是氢化锂和氘化锂。

  还有一种更厉害的氢弹叫钴弹。它是在氢弹外面包上一层金属钴。当氢弹爆炸时,释放出中子,撞击钴核,产生钴同位素。这种钴同位素放射性极强,杀伤力极大。它产生的烟尘所到之处,一切生命都会死亡。

  氢弹,实际上是战争之“神”。能不能变战争之“神”为和平的使者呢?也就是说,能不能让原子核的聚变反应也变得可以控制,使它像原子能发电站那样,慢慢释放出能量来,为人类造福呢?

  这种可以控制的热核反应,科学家叫它受控热核反应。从1952年氢弹爆炸之时起,就有许多国家在秘密研究这个问题。我国也已经有了自己的受控热核反应试验装置。

  要使热核反应得到控制,必须保证参加反应的热核材料得到充分的约束。由于裂变反应堆的燃料是固体,反应温度只有几百摄氏度到两千多摄氏度,可以装在壳体中,用控制棒让它慢慢反应,这样做困难不是很大;而聚变反应是在几千万摄氏度的高温下进行,这时所有的物质都被电离,变成了等离子体,控制起来就十分麻烦,因为至今还没有一种材料可在几千万摄氏度高温下不化,所以找到不化的容器来装核燃料就成了难题。后来,科学家找到一种“磁约束”的办法。据说,已经建成的大型磁约束受控热核反应装置,这种装置可以在6千万摄氏度高温度下,约束核聚变反应。当然,这并不是说热核反应完全可以控制了。但是,和平利用热核反应的前景还是很美好的。有人预计,热核反应的实际应用,即热核发电站的运行,大约在下世纪可以实现。

  据计算,建成一座可控热核聚变反应发电站的投资是烧煤的火力发电站的6倍,是裂变反应核发电站的4倍。一座功率为150万千瓦的可控热核发电厂,光要使用的钢材就要5万吨,仅此一项,就相当于同功率火力发电厂的全部投资。看来,建成热核发电站的任务是艰巨的,但是它产生的能量却是无可比拟的,人类一定会在地球上造出许多可以控制的“小太阳”,而不需要像神话中的盗火神普罗米修斯那样,去天上“盗火”。