太阳核反应为什么不一次全反应(太阳能核反应)

同样是核聚变反应，为什么太阳没有像氢弹那样一下子全炸了？

氢弹想必你一定非常的熟悉，我们都知道它的原理是核聚变反应。

可为什么氢弹是一次性的，一下子全炸了。但同样是利用核聚变才能燃烧的太阳，没有一下子全炸了？

今天，我们就来具体聊一聊这到底是咋回事？

太阳燃烧机制的猜测

很早以前就有很多人在思考太阳到底是咋燃烧，有人猜是烧煤。后来随着人类对于原子的结构越来越了解，尤其是对原子核及其内部结构的了解，天文学家爱丁顿就猜测，太阳的燃烧机制是核聚变反应 。

但当时的科学家对这种猜测不屑一顾。这是因为当时已经知道太阳内部主要是氢，还有一部分是氦。如果太阳要发生核聚变反应，那就说明太阳正在进行氢核聚变。

问题来了，按照理论，要发生氢核聚变的条件特别苛刻，温度至少要达到一亿度。问题是太阳内核的温度只有1500万度，虽然还有250万个大气压，但这也根本不满足氢核聚变的条件。所以，这一度陷入了僵局。

是什么阻碍了核聚变？

不过好在，那个年代量子力学得到大力的发展，最终科学家发现了为什么太阳在1500万度，250万个大气压的情况下也能氢核聚变。

这个过程大致是这样，按照目前主流的太阳起源假说，太阳诞生于一大片分子云的引力坍塌。在引力的作用下，分子云聚合成了太阳。

要知道太阳占据整个太阳系总质量的99.86%，所以它自身引力巨大，太阳内核的物质其实受到了巨大的压力，因此太阳内核的温度可以达到1500万度，250万个大气压。

其次，由于微观世界的隧穿效应，意思是：

像电子等微观粒子能够穿入或穿越位势垒的量子行为，尽管位势垒的高度大于粒子的总能量。

说白了就是原来在宏观世界很难做成的事情，比如，翻过一座山，你需要出工出力，否则就过不去，但是在微观世界，即使没有出工出力，也有一定概率发生。

到底是什么阻碍了太阳系内核发生核聚变反应呢？

这里我们要先对太阳的状态有一个了解，它其实是一个等离子体。什么是等离子体呢？我们都知道物质是由分子，原子构成的。但其实原子还是可以继续往下分。

由于太阳温度极其高，导致构成原子的电子不在被束缚在原子内，电子和原子核可以到处乱撞，就像一锅粒子粥。等离子态并不是液态，它区别于三态的相态。

上文也说到太阳含氢量最高，还有一部分氦，剩余的元素极其少。这就带来一个问题，太阳内部主要是电子和氢原子核（质子），也就是说太阳主要是一锅电子和质子的粒子粥。

核聚变反应说白了就是要让原子核之间发生反应，氢核聚变其实就是质子和质子之间要发生反应。但是质子是带正电同性电荷相斥，这个库伦力就是阻碍太阳发生核聚变的主要原因。

正是隧穿效应的存在，使得一对质子发生核聚变的概率大概是十亿年能发生一次。这个概率看起来很低，可是太阳够大，质子数量特别多，所以发生核聚变反应是必然的。

当核聚变反应被点燃之后，就会产生一个对外的压力，这个压力可以和引力形成动态平衡。

具体来说是这样的，当对外压力占据上风时，内核受到的压力就会减弱，温度和压强就会下降，这时候核聚变的剧烈程度就会被削弱，对外压力减弱，逐渐和引力实现再一次平衡。

同理，如果引力占据上风，太阳内核温度和压强就会特别高，这时候就会使得核聚变变得剧烈，产生更大的对外压力来和引力抗衡。

不过，刚才我们这是宏观地来看，从微观上看，温度变高会使得分子的运动更加剧烈，压强变大的效果也是类似的，本质上温度高和压强大，都会提高粒子相遇的概率，也就是提高发生反应的概率，宏观上就是使得反应变得剧烈。

所以，太阳没有一下子全炸了的原因，首先是因为温度和压强不够，在微观上是因为库伦斥力的阻碍。而量子隧穿效应只能使得核聚变反应只能缓慢进行。

同样都是核聚变反应，为什么太阳没有像氢弹那样一下子全炸了？

20世纪以来，科学因为量子力学和相对论的创立，而得到了快速的发展。尤其是核物理的发展，使得科学家们制造出了原子弹和氢弹。其中，原子弹的原理利用的是 核裂变反应以及链式反应 。

至于氢弹，则利用的是 氢原子的核聚变反应 。前者是原子序数大的原子核裂变成原子序数小的原子核，后者则是原子序数小的原子核聚合成原子序数大的原子核。

两个反应在反应前后，都会有一定的质量亏损，这部分质量会转化成能量，然后释放出来。这个过程遵循着爱因斯坦的质能等价理论，也就是E=mc^2。

要知道无论是原子弹，还是氢弹都是一下子炸得渣都不剩。可问题就来了，我们如今也知道太阳也是利用核聚变发光发热的，可为什么太阳没有像氢弹那样一下全炸了？

一直以来，物理学家在思考太阳的能量到底是如何产生的。在100多年前的19世纪末，第二次工业革命正在如火如荼地进行着，当时就有一些科学家认为太阳的能量来自于烧煤，他们认为太阳就一个大煤球。

于是，真的有科学家去研究：如果太阳是烧煤，那太阳能烧多久？

这一算不知道，一算吓一跳，因为他们得到的答案竟然只有几千年，这还没有人类的 历史 长。所以，太阳根本不可能是烧煤的。后来，虽然核物理得到了发展，物理学家提出了制造原子弹和氢弹的理论，可是科学家一开始并不认为太阳是利用核聚变反应。那这又是为什么呢？

要了解这个问题，我们就得先从氢弹的爆炸机制说起。实际上，氢弹并不纯粹，让氢弹爆炸的反应条件很苛刻，大概需要在一亿度才能引爆氢弹。因此，科学家采用的办法是先引爆原子弹制造出足够高的温度，继而引爆氢弹。

可是太阳的温度并没有达到一亿度，太阳的内核温度是1500万度，压强大概是200多万个大气压，但还不足以引发氢原子的核聚变反应。那太阳又是如何进行核聚变反应的呢？

实际上，太阳内核正在进行： 可控核聚变反应 。不过，这里的可控核聚变反应和我们平时说的不太一样。我们要先从太阳自身说起。我们都知道，太阳是太阳系的绝对主宰。不仅如此，太阳的质量十分巨大，占据了整个太阳系总质量的99.86%以上。因为质量巨大，太阳的引力巨大。这使得太阳内核受到引力的挤压，温度逐渐上升，达到上千万度。这时候，构成太阳的原子的核外电子由于获得了充足的能量，摆脱了原子核的束缚。因此， 太阳内核其实是呈现出等离子态 。

这就为原子核的核融合提供了机会。要知道构成太阳的主要是氢元素和氦元素。因此，太阳内部是主要是氢原子核、电子、光子等离子。原子核都是带正电，同种电荷相排斥，这也被称为静电斥力。想要促发太阳内核的氢核聚变反应就需要克服这个静电斥力。就像上文说到的，太阳内部的环境温度不能提供足够多的能量来克服静电斥力。

不过，在微观世界中存在着一种叫做 量子隧穿 的量子效应。举个例子，如果在宏观世界中，我们要爬一座山，那就需要人体有充足的能量才能爬过去，如果没有足够多的能量，就爬不上去。可是在微观世界中，即便是人体没有充足的能量，也有一定的概率可以爬过去。只不过，这个概率极其低。

这个概率大概相当于一对氢原子核需要10亿年才能发生一次核融合。虽然概率非常低，就像上文说到，太阳特别大，粒子数足够多。

因此，反应还是可以进行的，只是反应的速度不会像氢弹那样迅速，而是十分缓慢地进行着。这也就是为什么太阳的温度不够，也能够促发核聚变反应的原因。

不仅如此，太阳内核的氢原子的核聚变反应也和氢弹不太一样，一共有3个阶段，最终的结果就是就是4个氢原子核发生核聚变反，最终生成1个氦-4原子核。其中有两条路径，一条叫做质子-质子反应链。

另外一条叫做碳氮氧循环，这个过程中，碳氮氧主要起到催化剂的作用，而不是作为反应物。太阳内部的反应主要是质子-质子反应。

太阳没有像氢弹那样一下子全炸了，主要是因为太阳自身的温度达不到引发核聚变的条件。只不过因为量子隧穿效应，使得太阳内核的氢原子核有融合的机会，而发生反应的概率很低。因此，太阳只能循序渐进地进行核聚变反应。

老师说太阳是核聚变，为什么太阳不一次性反应完，而是能缓慢反应100亿年？

太阳上每时每刻发生的是氢聚变为氦的聚变反应。向外放射着光和热。太阳是一团依靠引力聚集在一起的气体，越往中间，气体物质越集中，温度和压力越高。如果没有核聚变反应向外辐射能量，所有的物质就会全部向太阳中心集中。太阳能够保持稳定，就是因为向内的引力与向外的辐射压力相平衡。如果聚变反应剧烈一些，向外的辐射压力就会大一些，气体物质就会向外膨胀。而向外膨胀的气体又会使内部的气压下降，造成温度下降，聚变反应强度也会跟着下降，向外的辐射压力就会变小一些，向内的引力就会稍占上风，物质又重新会向内集中，温度和压力会再次上升，聚变反应强度也会跟着上升。太阳就是这样保持动态稳定的。

既然太阳的平衡是向内的引力与向外的辐射压力相平衡，那么向内的引力就成为决定聚变反应强度的主要因素。引力是由质量引起的，质量越大，引力就越强。引力越强，要抵抗引力、保持恒星稳定平衡所需要的向外的辐射压力就要越强。而辐射压力越强，要求聚变反应越剧烈，消耗的氢也就会越多。太阳的质量所造成的引力，只需要聚变反应维持在一定的强度就可以了，不需要更加剧烈的反应强度，聚变反应的原料（就是氢）就可以一点一点的使用。按照太阳骤变反应的强度，太阳可以一直保持这样的反应强度和氢的消耗速度100亿年，现在已经过了50亿年了，还可以再反应大约50亿年。如果是质量比太阳大的恒星，要维持平衡，就必须保持剧烈的聚变反应，消耗的氢会快很多。而比太阳质量小的恒星，就可以保持比太阳聚变反应还弱的反应强度，氢的消耗也会更慢，它的寿命就会比太阳长得多。

太阳上温度那么高，那么多核燃料，为什么不会一下反应完？

想要搞清楚太阳的燃烧，其实我们需要弄懂太阳核心发生的到底是什么反应？事实上，太阳的核心是在发生核聚变，但这种核聚变和我们说到的氢弹一样么？实际上，是有点不同的。

氢弹的原理一般来说就是一个氘核和一个氚核发生反应，生成一个氦-4并和一个中子，释放大量能量的过程。问题就来了，氢弹是一下全炸了，而太阳并没有，究竟是咋回事呢？这要从氢弹说起，很多人都知道氢弹是核聚变。

但实际上，氢弹并不是单纯的核聚变反应。这是因为要引爆氢弹是一件特别困难的事情，反应温度要达到1亿K（K：温度单位），所以纯粹核聚变很难点着。这就需要用到原子弹，先让原子弹爆掉，产生高温，以满足核聚变的条件，引爆氢弹。当然，现在氢弹是个汉堡包，有三层，引爆核聚变，在外面再加一层原子弹。但不管怎么说，引燃核聚变总归需要温度达到才行。

不符合核聚变条件的内核所以，如果太阳内部要发生类似于氢弹那样剧烈的核聚变反应，这就得要求太阳核心的温度得达到1亿度。可事实上，太阳内核并没有那么热，温度是1500万K（K：温度单位），压强是250百万个大气压。远远达不到发生核聚变反应的条件。照理说，如果是这样，太阳根本点不着。

不过，我们可以进入微观世界，重新审视太阳核心。太阳内部其实并不属于三态中的任何一态，而是处于等离子态。

这种状态下，电子和原子核都在到处跑，实际上根本没有原子。而核聚变说白了就是要让原子核，在太阳内部就是氢原子核（也就是质子）之间发生核聚变。但我们要知道的是质子可是带正电的，质子和质子之前同性相斥，也就是说阻拦它们的其实是库仑力。所以，想要促使核反应进行其实很难，因为要克服的库仑力，理论上太阳内部的温度和压强是无法满足反应条件的。但是，这是微观世界，跟我们宏观世界根本不是一码事，它们常常不按套路出牌，这里就是这样，在微观世界中，存在一种叫做隧穿效应的东西。

说的直白点就是，在宏观世界，你要爬过一座山，就得翻过去，克服势能壁垒。但是，在微观世界中，就有一点的概率从山底下穿过去。