第14章 師傅教我核聚變(3 / 3)

雖然核心中的兩個質子需要數十億年的時間才能融合成氘,但氘一旦形成,隻需一秒鍾就能與質子融合成氦-3!

還有一種可能就是兩個氘核融合在一起,但這種情況非常非常罕見,所以可以肯定地說,100%的氘與一個質子融合成氦-3。

我們通常說太陽中的聚變是“氫融合為氦”,一言代之。但實際上,這個聚變的過程是非常持久的一個過程,涉及多個氫原子進入,一個氦原子產生!在氦-3形成之後,有四種方式可以形成氦-4,氦-4是太陽核心獲取能量最有利的狀態。

氦-3到氦4的四個種方式

第一種方式也是最常見的方式,是讓兩個氦-3原子核融合在一起,產生一個氦-4原子核並吐出兩個質子。在太陽中形成的所有氦-4原子核中,約86%是由這條路徑形成的。這個反應在1400萬開爾文以下占主導地位,順便說一下,太陽比宇宙中95%的恒星更熱,質量更大。換句話說,這是宇宙恒星中形成氦-4最常見的路徑:兩個質子在量子力學的作用下產生一個雙質子,雙質子偶爾衰變成氘,氘與一個質子融合生成氦-3,然後在大約一百萬年後,兩個氦-3原子核融合生成氦-4,在這個過程中吐出兩個質子。

但在更高的能量和溫度下(包括太陽核心最深處的1%)另一種反應占據主導地位。

第二種方式,在高能量下,氦-3可以與一個已經存在的氦-4合並,生成鈹-7。本來鈹-7會找到一個質子生成硼-8;然而,由於它不穩定,還沒來得及反應,首先衰變為鋰-7。在我們的太陽中,通常先發生衰變,然後再加上一個質子,產生鈹-8,鈹-8立即衰變為兩個氦-4核,這個過程生成的氦-4大約占太陽氦-4總量的14%。

第三種方式,但在質量更大的恒星中(例如:O、B級恒星),質子與鈹-7的聚變發生在衰變為鋰之前,生成硼-8,硼-8首先衰變為鈹-8,然後衰變為兩個氦-4原子核。這個過程在類太陽恒星中並不重要——隻占氦-4總量的0.1%,但在巨大的O類和B類恒星中,這是產生氦-4最重要的聚變反應。

另外,作為補充說明一下第四種方式,氦-3理論上可以直接與質子融合,直接產生氦-4和正電子(以及中微子)。雖然氦-4在我們的太陽中非常罕見,以這種方式產生的氦-4核還不足百萬分之一,但這個過程可能在質量最大的o型星中占據主導地位!

總結綜上所述,太陽中的絕大多數的核反應,每一個反應中最終產物是:

兩個質子融合在一起產生氘(約占40%),

氘和質子聚變,產生氦-3(約40%),

氦-3原子核聚變產生氦-4(約17%)

氦-3和氦-4聚變生成鈹-7,鈹-7與質子聚變生成兩個氦-4原子核(約3%)。

所以,你會驚訝地發現,在我們太陽的所有核反應中,氫聚變生成氦的比例不到一半,而自由中子在任何時候都不會參與其中!所以作為一個愛好科學的,以後可不能直接說一句氫聚變就完事了!不專業!

這就是太陽能量來源的核物理原理,以及在此過程中發生的反應!

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張不鳴吐血了,自己當初三百年逃亡之路原來這麼小醜,居然連這個世界的發展水平是怎麼樣都不知道!