在一顆恆星上,聚變反應可以進行到什么程度

時間 2022-10-21 14:00:34

1樓:寶媽實習

核聚變,又稱核融合、融合反應或聚變反應,是指將兩個較輕的核結合而形成乙個較重的核和乙個極輕的核(或粒子)的一種核反應形式。在此過程中,物質沒有守恆,因為有一部分正在聚變的原子核的物質被轉化為光子(能量)。核聚變是給活躍的或「主序的」恆星提供能量的過程。

兩個較輕的核在融合過程中產生質量虧損而釋放出巨大的能量,兩個輕核在發生聚變時雖然因它們都帶正電荷而彼此排斥,然而兩個能量足夠高的核迎面相遇,它們就能相當緊密地聚集在一起,以致核力能夠克服庫侖斥力而發生核反應,這個反應叫做核聚變。

舉例:兩個質量小的原子,比方說兩個氚,在一定條件下(如超高溫和高壓),會發生原子核互相聚合作用,生成中子和氦-4,並伴隨著巨大的能量釋放。

原子核中蘊藏巨大的能量。根據質能方程e=mc2,原子核之淨質量變化(反應物與生成物之質量差)造成能量的釋放。如果是由重的原子核變化為輕的原子核,稱為核裂變,如原子彈**;如果是由較輕的原子核變化為較重的原子核,稱為核聚變。

一般來說,這種核反應會終止於鐵,因為其原子核最為穩定。

最早的人工核聚變技術是氫彈,同時在20世紀50年代,人類開始認真地研究發展用於民用目的的受控熱核聚變,並一直持續到今天。在經過60年從以前的實驗中做出設計改進之後,採用雷射約束的國家點火裝置(nif)和採用磁約束的國際熱核聚變實驗反應堆(iter)這兩個主要專案的目標為在反應中產生的能量超過點燃反應所需要的能量。iter還計畫實現聚變「自持」

2樓:一夜十三郎

當恆星發展到鐵階段時,其核心的溫度將會高到足以引起產生大量中微子的核反應

3樓:這很撩妹

恆星的核心就會失去能量,並且很快就突然冷卻下來,這顆恆星就會坍縮

4樓:

在一顆恆星超過氦階段繼續向前發展的過程中,該恆星核心的溫度將會變得越來越高。有人提出一種理論說,當恆星發展到鐵階段時,其核心的溫度將會高到足以引起產生大量中微子的核反應。由於中微子不會被星體物質所吸收,所以它們一旦形成,就會以光速向四面八方飛奔,並把能量一起帶走。

這樣一來,恆星的核心就會失去能量,並且很快就突然冷卻下來,結果,這顆恆星就會坍縮成一顆白矮星。

5樓:

會使恆星核心的溫度將會變得越來越高足以引起產生大量中微子的核反應,直到毀滅

6樓:你罵我我吃虧

當一顆恆星發展到「氦階段」時,它已經用掉了五分之四可資利用的聚變能,而當朝著「鐵的階段」發展時,它放出剩下的那五分之一的聚變能,全部聚變能到此就用完了。

7樓:小田

恆星上的聚變反應只能進行到鐵元素

8樓:c2百賬號

可以使恆星核心的溫度將會變得越來越高,直到毀滅

9樓:田小田

恆星上的聚變到鐵元素就結束了。

10樓:田

只能進行到鐵元素,不會再往後進行了

11樓:

不確定,每乙個恆星之間都不一樣。

恆星核聚變為何能夠逐漸進行而不是瞬間反應完畢?

12樓:天頂星

關鍵的問題不在於樓主所言,而是上面**中所示的氣體分子熱運動速率分布。可以看到,絕大多數氣體分子的運動速率在平均附近,只有極少數分子的運動速度可以達到平均速度的幾倍以上。然而在恆星內部發射熱核聚變的,正是這極小一部分高能氣體分子。

相信樓主也知道了答案,恆星聚變可以長時間保持問題,關鍵點就在於,只有極少數高能量的氣體分子(平均運動速度的3-5倍以上,不妨按照波爾茲曼方程計算),才能夠發生熱核反應。正是如此,大質量的恆星因為溫度更高,氣體分子熱運動向高速方向移動,所以短時間內有更多的分子參與核聚變,從而使得光度增加,壽命下降。

曾經在《飛碟探索》裡看到類似的文章,不過與樓主不同的是,這位編輯將此歸結於恆星聚變的能量來自於外部。那就是滑天下之大稽了,只能說大學物理都還給老師的人,無知者無畏了。相比之下,樓主的態度,是值得學習和鼓勵的。

13樓:匿名使用者

在一顆恆星穩定燃燒階段,其外部向內的引力與內部核聚變產生的向外的輻射壓處於動態平衡狀態。

內部的核聚變反應強度取決於兩個因素,即溫度與物質密度。而這兩個因素均與引力有關。引力是基本穩定的,於是,當核反應強度增加時,向外的輻射壓增大,把物質向外推,物質密度下降,溫度下降,核反應強度隨之下降,則輻射壓下降,引力稍占上風,把物質向內壓,使內部物質密度上公升,核反應強度也隨之上公升,提高了輻射壓強度,重新把物質推出去。

正是依靠這種機制,使核反應強度保持在一定的程度上,既不過強,使輻射壓過強,內部溫度和密度過低,也不過弱,使引力大於輻射壓,造成恆星過度收縮,使恆星內外壓強保持穩定,處於動態平衡狀態。這種調節是自我實現的。一旦這種平均被打破,如因為核燃料數量下降(可用於核聚變反應的原料比例下降過多),核反應強度就會下降,輻射壓就不能與引力相平衡,恆星內部就會收縮,溫度上公升,從而啟動另一種核聚變反應,使恆星重新處於動態平衡狀態。

14樓:匿名使用者

這個問題很有意思哈,以前沒有想到過,猜測一下。

假設恆星是分層的,內層滿足聚變條件,外層穩定壓力不夠,不能聚變。內層因為正反饋快速聚變完了,溫度會下降,壓力減小,由於引力的作用,外層的物質要補充,落向內層,勢能減小,壓力和溫度增加,滿足條件,快速聚變,聚變結束,溫度下降,壓力減小……,如此迴圈,逐漸進行。也就是說聚變發生在內外層的交界處。

是不是這樣的呢?

不是專業人士,猜測的哈,說出來,和你共同**。

恆星的核聚變過程 核聚變是怎麼從氫變成鐵的?每個過程都要哦

15樓:匿名使用者

氫(h)~氦(he)~碳(c)~氧(o)~氖(ne)~鎂(me)~矽(si)~硫(s)~鈣(ca)~鐵(fe)一般情況下恆星不會聚變到這種程度,只有質量是太陽的8倍以上的恆星才能聚變到這種程度,這種恆星的壽命極短。

只有數千萬年,太陽的壽命有數百億年,質量是太陽的8~25倍的恆星壽命只有數百萬年(這種恆星聚變後期可能還會形成質量更大的鈷(co)和鎳(ni)),前者爆發後會形成中子星,後者形成黑洞,而太陽只能形成白矮星。

16樓:李灼

過程很長,你看一下吧:

1.起始——氫的聚變:

在太陽,核心溫度是1,000萬k,氫進行的是質子-質子鏈反應:

41h → 22h + 2e+ + 2νe(4.0 mev + 1.0 mev)

21h + 22h → 23he + 2γ (5.5 mev)

23he → 4he + 21h (12.9 mev)

這些反應的總體結果是:

41h → 4he + 2e+ + 2γ + 2νe (26.7 mev)

此處e+是正電子,γ是伽馬射線的光子,νe是中微子,而h和he各自是氫和氦的同位素。

在質量更大的恆星,氦可以經由碳氮氧迴圈的反應產生。

從0.5至10倍太陽質量的恆星,核心的溫度演化至一億度時,氦可以進行3氦過程,經由中間物質鈹轉換成碳:

4he + 4he + 92 kev → 8*be

4he + 8*be + 67 kev → 12*c

12*c → 12c + γ + 7.4 mev

整體的反應式是:

34he → 12c + γ + 7.2 mev

2.氖燃燒過程:

在大質量的恆星,更重的元素在核心收縮後可以經由氖燃燒過程和氧燃燒過程產生。恆星核合成的最終階段是矽燃燒過程,結果是產生穩定的同位素鐵-56。而除了經由吸熱過程,核聚變也不能繼續產生新的元素,所以未來只能經由引力坍縮來產生進一步的能量。

過程如下:

氖燃燒過程是大質量恆星(至少8msun)內進行的核融合反應,因為氖燃燒需要高溫和高密度(大約1.2×109 k和4×109千克/公尺3)

在如此的高溫下,光致蛻變成為很重要的作用,有一些氖核會分解,釋放出α粒子:

20ne + γ → 16o + 4he

這些α粒子可以被**產生鎂-24

20ne + 4he → 24mg + γ

或者,二選一的

20ne + n → 21ne + γ

21ne + 4he → 24mg + n

此處,在第一階段消耗的中子,在第二階段又再重生了。

碳燃燒過程會將核心所有的碳幾乎都耗盡,產生氧/氖/鎂的核心。核心冷卻會造成重力的再壓縮,使密度增加和溫度上公升達到氖燃燒的燃點。

當氖燃燒時,氖會被耗盡使核心只有氧和鎂堆積著。在氖被耗盡的數年之後,核心逐步降溫、已趨於平靜,接著重力將再度擠壓核心,使密度和溫度上公升直到氧融合被啟動。

3.氧燃燒過程:

氧燃燒過程是發生在大質量恆星內的核融合反應,使氧成為更重的元素,它需要1.5×109 k的高溫和1010 千克/公尺3的高密度才能進行。 主要的反應程式如下:

16o + 16o → 28si + 4he + 9.594 mev

→ 31p + 1h + 7.678 mev

→ 31s + n + 1.500 mev

→ 30si + 21h + 0.381 mev

→ 30p + 2d - 2.409 mev

或二擇一

16o + 16o → 32s + γ

→ 24mg + 24he

在氖燃燒,惰性的氧鎂核心已經在恆星中心形成,當氖燃燒結束後,核心會收縮並持續加熱至氧燃燒所需要的溫度和密度。大約6個月至1年的時間核心的氧就會耗盡,堆積出有豐富矽含量的核心。而一旦氧被耗盡,這個核心會因為熱度不夠而呈現惰性,核心開始降溫並觸發再次收縮。

收縮會使核心的溫度上公升,直到達到矽燃燒的燃點。向外,仍有氧燃燒的殼層,再往外是氖的殼層、碳殼、氦殼和氫殼。

4.矽燃燒過程:

一顆恆星完成氧燃燒過程後,它核心的主要成分是矽和硫。如果它有足夠的質量,它將會進一步的收縮,直到核心達到27至35億k(230-300電子伏特)。在這樣的溫度,矽和其它的元素可以光致蛻變,發射出一顆質子或是α粒子。

矽燃燒引起的氦核作用會將α粒子(相當於乙個氦原子核,兩個質子加上兩個中子)新增進原子核內創造出新的元素按以下的順序進行每個步驟:

矽–28 → 硫–32 → 氬–36 → 鈣–40 → 鈦–44 → 鉻–48 → 鐵–52 → 鎳–56

整個矽燃燒的序列大約只持續了一天,當鎳-56產生時就停止了。這顆恆星不再經由核融合釋放出能量,因為具有56個核子的原子核中的每個核子(不分質子和中子)在所有元素中具有最低的質量。雖然鐵-58和鎳-62的每個核子比鐵-56具有稍高的束縛能,但在α過程的下一步是鋅-60,每個核子的質量以有微量的增加,因此在熱力學上是不利的。

鎳-56(有28個質子)的半衰期為6.02天,以β+衰變成為鈷-56(有27個質子),再以77.3天的半衰期蛻變成為鐵-56(有26個質子),但是在大質量恆星的核心內只有幾分鐘的時間可以讓鎳進行衰變。

恆星已經耗盡核燃料,並且在幾分鐘內就開始收縮。重力收縮的位能會將核心加熱至5gk(430kev),雖然這會阻止和延遲收縮,然而因為沒有額外的熱能通過新的核融合生成,收縮迅速的加快只維持幾秒鐘就坍塌了。恆星核心的部分不是被擠壓成為中子星,就是因為直量夠大而成為黑洞。

恆星的外層被吹散,**成為ii型超新星,可以閃耀幾天到幾個月。超新星**釋放和噴發出大量的中子,其中大約有半數在一秒鐘內通過稱為r-過程(此處的r代表快速中子捕獲)形成比鐵更重的元素。

在一顆恆星上,核聚變反應可以到達什麼程度?

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