太阳核聚变,太阳核聚变4个H原子核聚变成2个方
太阳核聚变,就是利用太阳内部的氢原子核聚变产生能量,这种能量可以通过电磁波传播,并且在宇宙中广泛存在。,太阳的核聚变反应需要大量的能源支持,所以,如果没有足够的能源供应,那么,太阳就无法进行长时间的自我维持。,科学家一直在寻找一种方法,来解决这个问题。。
一太阳核聚变还是核裂变
太阳利用的是质子-质子循环,四个氢核聚变为一个氦核的途径之一,这个反应过程是小质量、低光度的主序星的主要能源,例如,太阳现阶段辐射出去的能量90%以上是质子-质子这类反应提供的。核聚变又称核融合、融合反应、聚变反应或热核反应,原子核中蕴藏巨大的能量,原子核的变化(从一种原子核变化为一种原子核)往往伴随着能量的释放。
产生核聚变需要的条件非常苛刻。拿太阳来说,其中心温度达到1500万度,还有巨大的压力能使核聚变正常发生。而地球上没办法得到那么大的压力,只能通过提高温度来弥补,不过这样一来温度要到上亿度才行。
核聚变如此高的温度没有一种固体物质能够承受,只能靠强大的磁场来约束。高温超导体如果能真正实用化的话就可以解决磁场的来源,但体积难免做得巨大了些。
二太阳核聚变原理
太阳核聚变属于质子-质子链反应第一个步骤是两个氢原子核聚变1H(质子)成为氘,一个质子经由释放出一个 e+和一个中微子成为中子。
1H + 1H → 2H + e+ + νe 在这个阶段中释放出的中微子带有0.42MeV的能量。
第一个步骤进行的非常缓慢,因为它依赖的吸热的β正电子衰变,需要吸收能量,将一个质子转变成中子。事实上,这是整个反应的瓶颈,一颗质子平均要等待109年才能融合成氘。
正电子立刻就和电子湮灭,它们的质量转换成两个γ射线的光子被带走。
e+ + e− → 2γ (它们的能量为1.02MeV) 在这之后,氘先和另一个氢原子融合成较轻的氦同位素,3He
2H + 1H → 3He + γ (能量为5.49 MeV) 然后有三种可能的路径来形成氦的同位素4He。在pp1分支,氦-4由两个氦-3融合而成;在pp2和pp3分支,氦-3先和一个已经存在的氦-4融合成铍。 在太阳,pp1最为频繁,占了86%,pp2占14%,pp3只有0.11%。还有一种是极端罕见的pp4分支。
3He +3He → 4He + 1H + 1H + 12.86 MeV 完整的pp1链反应是放出的净能量为26.7MeV。 pp1分支主要发生在一千万至一千四百万K的温度,当温度低于一千万K时,质子-质子链反应就不能制造出4He。
3He + 4He → 7Be + γ
7Be + e− → 7Li + νe
7Li + 1H → 4He + 4He
pp2分支主要发生在一千四百万至二千三百万K的温度。
90%的在7Be(e−,νe)7Li的反应中产生的中微子,90%带有0.861MeV的能量,剩余的10%带有0.383 MeV 的能量(依据锂-7是在基态还是激发态而定)。
3He + 4He → 7Be + γ
7Be + 1H → 8B + γ
8B → 8Be + e+ + νe
8Be ↔ 4He + 4He
pp3链反应发生在二千三百万K以上的温度。
pp3链虽然不是太阳主要的能量来源(只占0.11%),但在太阳中微子问题上非常重要,因为它产生的中微子能量是非常高的(高达14.06 MeV)。
pp4或Hep 虽然预测上有这种反应,但因为极为罕见(在太阳中只占千万分之三的量),从未曾在太阳中被观测到。在此种反应中,氦-3直接和质子作用成为氦-4,可以产生能量更高的中微子(高达18.8 MeV)。
3He + 1H → 4He + νe + e+
……应该不能说是燃烧吧,因为不是化学反应。是太阳内部氢原子核经过核聚变释放的能量。
核聚变与恒星(如太阳)发光原理
当四个氢原子在高温下靠得很近时,四个质子会撞到一起时,其中两个会发生衰变,释放出两个反中微子和正电子,变成中子。这两个正电子会与原子核外电子相互湮灭,形成两个光量子;剩下的一共有两个中子、质子和电子,恰好形成一个氦原子。绝大多数恒星都是通过质子的衰变而发出光芒,这在日常生活中也用途很大。
三太阳核聚变反应方程式
太阳中氢核聚变的核反应方程式,即氢核聚变方程式为4H→He+2e
4个氢核结合成1个氦核时的质量亏损为△m=(1.0073×4-4.0015-2×0.00055)u=0.0266 u=4.43×10kg
这个方程式由爱因斯坦质能联系方程得,聚变反应过程中释放的能量为△E=△mc=4.43×10×(3×10)J=4.0×10 J.
,氢核反应方程为:4H→He+2e
四太阳核聚变为什么能持续这么久
太阳核聚变通过几个阶段逐渐产生原子量较大的重元素,即由氢——氦——氧——碳——铁。聚变最终产生的重元素为铁。五太阳核聚变发生在哪一层
太阳是主序星,通过原子核的核聚变产生能量,把氢原子聚变成氦原子。在它的核心,太阳发生以每秒钟6.2亿吨氢的核聚变。
我们是怎么知道太阳内部仍在进行核聚变的?核聚变,又称核融合、融合反应或聚变反应,是指将两个较轻的核结合而形成一个较重的核和一个极轻的核(或粒子)的一种核反应形式。在此过程中,物质没有守恒,因为有一部分正在聚变的原子核的物质被转化为光子(能量)。核聚变是给活跃的或“主序的”恒星提供能量的过程。
核聚变的过程非常缓慢,当光子到达传导区时,太阳最终会释放出一吨又一吨的能量。我听说就是由于光子零星缓慢地分散,导致这些能量大概需要100万年左右的时间才能到达地球。如果太阳的能量需要100万年才能到达地球,那么太阳停止工作一小时甚至一天又有什么关系呢?根据这个理论我们得出结论,无论太阳现在产生的能量是多少,都要等100万年后才能被观测到。
这张图显示太阳质量主序星的剖面结构。NASA的图像
我们知道太阳现在仍在进行核聚变是因为它还没爆炸,对吗?太阳还在进行核聚变而不是在一百万年前就停止了,除了太阳还没有爆炸还有其他的原因可以解释吗?如果仅仅因为我们现在能“看见”它(太阳,光子),并不足以证明太阳仍在进行核聚变,除非我们“看见”的确实是一百万年前的它,是吧?
它会爆炸的确凿证据是如果核聚变在一百万年前就停止了,这就可以证明太阳在此时此刻仍在持续进行核聚变,而不是在一百万年前,对吗?我希望关于这个过程我的理解是正确的,但这也正是我为什么我现在要问这个问题,所以请帮助我一下吧。
图说明太阳上出现的C-3级耀斑(在左上角的白色区域),一个太阳海啸(右上,波状的结构)和多个丝状的磁力线从恒星表面离开。
的确,在太阳内部由核聚变反应产生的光子需要花很长的时间逃逸来到地球。一百万年已经是我所见过的最高的估算值了,这确实是要花费数千年的。为什么要花费这么长时间呢?原因很简单。太阳中心的大气密度非常大且不透明(如果你在那里的话,你就根本看不到你脸上的鼻子了!)。
,太阳内部的光子在被周围的等离子体以随机选择的方向上吸收、折射、散射之前,只能传播一小段距离。这意味着,光子如果能很幸运地逃逸到离太阳足够远距离的地方,并且在太空中多游走8分钟到达地球,那在这之前它将会在千年间在周围随机地进行反射。(实际我们所看见的太阳的光子和核心产生的光子并不一样;在核心由核聚变产生的光主要是X射线和γ射线,但在核聚变的过程中,它会被更冷的物质吸收和反射很多次,所以大多数由太阳表面发射出的,其实是普通的可见光)
太阳内部辐射带与对流带的对比图
尽管在产生光子后到达地球会有很长一段延迟,但我们可以确信现今太阳内部仍在进行核聚变。对此我们的主要证据来自太阳内部核反应中产生的中微子、元粒子,这些已被地球上的探测器观测到。
与光子不同的是,中微子能不受任何影响地穿过太阳(事实上,它们穿过任何东西基本都不受影响)。正因为如此,它们产生后要到达地球的话,大概要八分钟以后了。其中延迟只是由于日地之间所需要的传播时间。,从太阳方向观测到的中微子表明,直到今天,太阳仍在进行核聚变反应。
如果太阳核心的核聚变反应由于某些原因突然“熄灭”,那么我们会通过很多方法知道!事实上我们停止接受来自太阳的中微子是最不可能的。之所以太阳自身这样大的重量没有坍缩,并能保持稳定唯一的原因是,在其内部的核反应不断地提供支撑它所需的热量和压力。
图说明太阳的有效温度或黑体温度(5777K)是一个相同大小的黑体,在产生完全辐射的功率时所对应的温度。
如果没有核反应,太阳就会开始坍缩。,事实上在我们注意到太阳坍缩之前,将会有很长一段时间坍缩不会以“自由落体”的方式进行,因为仍有大量的潜热遗留在太阳内,这些潜热的压力可以支撑它一会儿,直到冷却。所以其实坍缩会缓慢地进行。
,即使在一小时甚至一天内,我的猜想仍有些明显的变化。由于太阳核心将所有的混乱推到它的上层,所以我们可能会在太阳表面看到一些奇怪的脉动(十分粗略地说,当太阳的内部结构遭受晃动时,它将经历“地震”)。
,当太阳的核聚变停止时未必能造成任何类型的爆炸,或者在一小时时间尺度上发生重大坍缩,但我认为你们的假设是正确的,我们可以通过很多方法看见它,不用等光子从核心传播数千年甚至数百万年后。
图说明这张影像是使用日出卫星的光学望远镜在2007年1月12日拍摄的,显示出因为磁场极性的不同自然的等离子体连接成纤维的区域。
太阳的每一层有多热?太阳核心大约1500万度
辐射层整个区域的温度约在200万到700万度之间变化。
对流层整个区域的温度在200万到5800度之间变化.
光球层大约5800度,太阳黑子大约3800度,这就是为什么它们这么暗。
(虽然太阳黑子的温度仍然大约有3000-4500度,与周围5800度的物质对比之下,使它们清楚的显视为黑点,因为黑体(光球非常近似于黑体)的热强度(I)与温度(T)的四次方成正比。如果将黑子与周围的光球隔离开来,黑子会比一个电弧更为明亮。)
色球层从内部边缘到外部边缘是4300到8300度。
日冕大约200万度
日全食,于短暂的全食阶段可以用肉眼看见太阳的日冕。
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