楠木軒

地球上所有氫元素造一個氫彈,它的威力有多大,能毀滅太陽系嗎?

由 聊素麗 發佈於 科技

  這是一個經常被誤解的問題,氫彈就是氫元素做的,太陽上燃燒的都是氫,很多科普文章中都是這麼寫的,不能説這理解完全錯誤,但至少真正氫彈以及太陽燃燒的原理,和大家想象的可就遠了去了!

  準確的説,氫彈中的氫也是氫,但它是氫的同位素,氫元素有三種同位素,分別是氕、氘、氚,原子核中則是質子、質子 中子、質子 2中子,三種元素的化學屬性幾乎就一樣,但它們的物理屬性卻大相徑庭,別的不説,含量比例上就大大不同!

  自然界中絕大部分都是氕,另有0.02%氘,而自然界中氚則是宇宙射線中的高能中子轟擊氘核,結合後形成氚,但氚具有放射性,半衰期是12.43年,所以它是無法長久存在的!

  氫彈中的氫就是氘和氚,但氚很難取得,因此除了早期氫彈測試裝置中會用液態氘和氚以外,戰備值班狀態的氫彈,用的都是氘化鋰,因為這中間包含了兩種元素,氘和鋰-6,在氫彈中的原子彈爆炸時產生的高能中子轟擊鋰-6可以生產氚:

  Li n→4He H3

  H3就是氚,所以氫彈中的氚是現炒現賣的,而不需要液態氘氚的氫彈也叫做乾式氫彈。而氫彈中真正聚變的燃料是氘和氚,和佔絕大多數比例的氕是沒有關係的,你要説半毛錢關係都沒有,這是完全正確的!

  我們瞭解了氫彈的原理,但事實上無論在地球上還是太陽上,或者宇宙中這比例都一樣,就是氫彈中相對比較容易達到聚變的條件還是容易實現一些,但太陽可沒得挑,因為天然的氘在太陽逐漸增長時的褐矮星階段就燒掉了!到了真正的太陽時代,太陽內核中剩下的氫同位素都是氕,幾乎就沒有氘!

  先不要急,太陽可以自己生產氘,在太陽內核的高温中,遊離了電子的質子和質子克服庫侖斥力障壁結合在一起,形成了氘(一個質子經由釋放出一個 e 和一箇中微子成為中子),早先以為太陽內核温度不夠,還不足以克服庫倫斥力,但後來發現質子可以經由波函數的隧道,穿過排斥障礙而在比傳統預測為低的温度下進行聚變反應。

  不過這個速度很慢,兩個質子完成聚變反應需要超過十億年的時間,因此太陽是慢慢的生產出它核聚變真正的燃料氘,才讓它的壽命那麼久!此後這些氘將和氕結合在一起生成氦三,這才是太陽上能量的主要來源,因為氕氕的聚變還需要吸收能量!

  太陽上的質子-質子鏈反應過程

  因此太陽上的聚變過程和氫彈的聚變又不一樣,但它們有同一種同位素氘,氫彈用的是氚,因為氘和氚的比結合能比較低,人類技術還能勉強實現!太陽上的是氕和氘,因為太陽內核温度已經完全能滿足氕和氘的結合。

  準確的説,假如用所有的氫來製造一枚氫彈的話,這枚氫彈的結構無論怎麼優化設計,它都不會爆炸,因為最容易聚變的同位素氘只佔了0.02%,所以在比例如此低的情況下,無法通過結構優化來實現氫彈的爆炸!因此如果要讓它爆炸的話,比如將0.02%的氘提取出來,然後再大約1:1的比例混入氕(90.44%的比例即可)。

  地球上的水

  因此它的爆炸威力並沒有想象中的大,畢竟只有所有氫元素的0.04%左右的質量才能聚變,並且也只有這0.04%質量中的0.1949%質量徹底轉換為能量!

  計算方式:氕氘聚變2H 1H → 3He γ (能量為5.49 MeV)

  中子質量:939.5654133MeV

  質子質量:938.2720813MeV

  氕是一個質子,氘是一中子一質子,所以各位可以算算,假如聚變產物氦三還聚變,那麼還需繼續計算!假如到氦三就停止了的話,那麼地球上所有容易獲得的氫元素,製造一枚核彈有多大威力呢?

  地球上共有138.6億億噸

  水中氫氧比例大約是1:8(實際是1:8.006)。

  那麼氫元素大約有:15.4億億噸

  能聚變的氕氘的含量大約有:61600000000000噸

  能完全轉變為能量的質量大約是:120058400000噸

  這些質量完全轉化為能量相當於:2401168000000000000000噸TNT的能量

  大約是24萬億億噸TNT的能量!

  大約相當於太陽7小時內產生的能量總和,看起來確實不小,炸裂地球毀滅生命也完全可以,但地球會在引力作用下重新聚攏成一顆行星,未來也可能會重新形成生命!但要毀滅太陽系,各位看看太陽都毀滅50億年了,似乎還一點動靜都沒有哈!

  不過各位要了解一下的是這僅僅是簡單計算,而如此龐大的聚變則更可能像一顆恆星的發光,從開始發光到最高光度再慢慢變弱,變暗可能需要很長時間!

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