在我們星系的中心有一個巨大的核能發動器。地球以平均1.5億公里的距離圍繞著它旋轉。這是一顆叫做太陽的恒星,為世間萬物提供著必不可少的能量。既然它這么有用,那么科學家是否能在地球上制造一個小型的太陽呢?
博聞網8月3日報道 在我們星系的中心有一個巨大的核能發動器。地球以平均1.5億公里的距離圍繞著它旋轉。這是一顆叫做太陽的恒星,為世間萬物提供著必不可少的能量。既然它這么有用,那么科學家是否能在地球上制造一個小型的太陽呢?
Digital Vision/Photodisc/Thinkstock氫彈爆炸是不受控制的核聚變能量釋放的結果。
這不只是可能——它已經完成了。如果您把恒星看作是一個核聚變機,那么人類已經在地球上復制了恒星。但這項活動僅僅算是預選賽而已。地球上的這個核聚變機規模很小,而且最多只能持續幾秒鐘而已。
如果您想弄明白科學家是怎樣制造一顆恒星的,首先要學習一下恒星的組成和核聚變機的工作原理。太陽由75%的氫和24%的氦組成,其他部分則是重元素。太陽的內核非常熱,這里的溫度幾乎接近1500萬攝氏度。
在這么高的溫度下,氫原子吸收大量的能量,并聚合在一起。這并不是一件小事。氫原子的原子核是一個的質子。若要把兩個質子聚合在一起,則需要足夠的能量克服兩者之間的電磁力。這是因為質子帶正電荷。如果您熟悉磁鐵的原理,就會知道同性相斥的道理。但是,一旦有強大的能量來克服斥力,就可以將兩個質子合二為一。
初步的聚合形成了氘,氫的同位素。這個原子有一個質子和一個中子。接著氘和氫聚合形成氦-3。兩個氦-3聚合形成氦-4和兩個氫原子。這就意味著4個氫原子融合,形成一個氦-4。
這就是能量發揮作用的地方。氦-4比4個氫原子的總質量少,那么這些額外的質量去哪里了呢?它轉化成了能量。正如愛因斯坦著名的公式告訴我們, E=mc2,這意味著大量的微小粒子的質量相當于大量的能量。
那么科學家怎樣制造一顆恒星?
創造沖破電磁力的巨大能量并不容易,但是在1952年11月1日,美國實現了。世界上第一顆氫彈——艾維邁克,在伊魯吉拉伯島引爆。爆炸有兩個階段,第一個階段是核裂變,裂變是原子核分裂的過程。美國在日本的長崎、廣島使用的核彈,就是依靠這種原理。
AP Photo/Princeton University Plasma Physics Laboratory普林斯頓大學等離子體物理實驗室進行的NSTE核聚變反應堆實驗。
裂變炸彈產生的巨大能量正是使氫原子突破電磁力聚變為氦的關鍵。第一次爆炸產生的熱能通過炸彈的鉛質外殼傳導到裝有液態氘的容器。瓶子內的钚棒充當核聚變反應的點火器。
這是冷聚變
使用巨大的能量沖破電磁力的約束,是實施核聚變的一種方法,而另一些科學家嘗試通過使化學物質和原子核發生反應從而釋放能量。這樣就不需要超高的溫度作為反應條件了。這就是冷聚變反應。但是冷聚變實驗遇到了一個大麻煩。早期的一項試驗失敗,使得冷聚變變成了備受嘲諷的對象,人們指責它是欺詐行為,并嘲笑科學家的無能。但冷聚變反應仍然是個可能,只是科學家們需要格外努力去說服持懷疑態度的人們。
炸彈爆炸的規模有10.4萬噸的當量,這幾乎毀滅了伊魯吉拉伯島,留下了一個巨大的彈坑。這么短暫的時間里,人類利用恒星的力量創造了巨大威力的武器。熱核時代就此開始。
世界各地的實驗室都嘗試找到利用聚變反應產生能源的方法。如果他們能發現可持續和可控制的反應方法,這些利用聚變反應產生的巨大能量足夠使用上百萬年了。氫是儲量充沛的物質,海洋里也有著大量的氘。
但是想要找到核聚變的有效利用方法,科學家還需要花費很長時間,以及大量資金。聚變反應要求在開始時所需的極大能量和超高溫度,使得建造一個容納反應堆的設施非常困難。一些科學家正在嘗試使用激光器來誘發聚變反應的方法。另外一些科學家則選擇嘗試等離子體——物質的第四種形態。但是還沒有人找到問題的答案。
因此,人們是能夠在地球上制造恒星的,雖說只能維持短暫的時間。至于我們能否使聚變應維持較長時間,并利用它驚人的能量,那就要看科學家們的努力了。