第647章 裂变

  “以后如果我们到了外太空，肯定会接触到高端的武器，我们不如说一下武器相关吧？”
  四号看着他们说道。
  “这让我想到了种子。”
  李思特说道。
  “什么是中子？”
  四号问道。
  “你读书的时候，化学老师是体育老师教的吗？”
  李思特朝着四号翻白眼道。
  “我学习的可是土木工程，就算学过那也是交给老师了。”
  四号不以为然地说道。
  “中子是存在于氢以外的一切原子核中的基本粒子。
  中子无电荷，质量稍大于质子。
  在原子核外，一个中子将衰变为一个质子、一个电子和一个反中微子。
  中子是重子族的成员，每个中子由三个夸克构成。”
  李思特淡定地说道。
  “这让我想到了中子星。”
  虚妄说道。
  “给我们说说。”
  四号问道。
  “中子星，几乎完全由中子构成、具有原子核密度的恒星。
  这样一颗恒星含有与太阳大致相同的质量，却被压缩成一个直径约10公里的球。”
  虚妄说道。
  “有什么历史吗？”
  楚云问道。
  “1930年代初的时候，萨布拉曼扬·钱德拉塞卡发现，恒星核燃料消耗完后形成的白矮星的质量若大于太阳质量的大约1.4倍，就无法支撑自身来对抗引力坍缩。
  由此得出当时引起极大争议的结论是，任何已经死亡的恒星若仍含有大于这个钱德拉塞卡极限的质量，将无限制地坍缩成为今天称之为黑洞的东西。”
  虚妄解释道。
  “我记得，中子在1932年被发现后，一些物理学家和天文学家立刻开始思考存在完全由中子构成、密度介于白矮星和恒星质量黑洞之间的恒星的可能性，并且猜测这种恒星的质量可能有一个上限。”
  五号补充道。
  “当时物理学家列夫·朗道认为所有恒星都可能含有中子内核，但随后的计算证明，如果恒星内核的中子化真的开始，那将是恒星内区突然坍缩、并在一次爆炸中释放大量引力能的失控过程。”
  李思特说道。
  “这一结果和弗里茨·兹威基关于中子星可能形成于超新星爆发的观点颇为一致。”
  五号说道。
  “到了1930年代末，所有这些思想，还有罗伯特·奥本海默和他的学生乔治·弗尔科夫的计算，都已公开发表。”
  虚妄补充道。
  “还有，奥本海默和弗尔科夫的计算证明中子星的质量确有上限，现在称为奥本海默-弗尔科夫极限。
  任何死亡后的恒星若含有多于3倍太阳的质量，必将无止境地坍缩。”
  李思特说道。
  “然而多数天文学家直到1／4世纪后才认真对待这一有关中子星的思想，而1960年代中期偶然发现的脉冲星终于使他们确信中子星真的存在。”
  吴刚说道。
  “你对这还有一些了解？”
  四号看着吴刚问道。
  “我物理和化学老师可喜欢我了。”
  吴刚说道。
  “这好像是天文系吧？”
  楚云问道。
  “我大学的时候，有选修天文。”
  吴刚说道。
  “算我没说。”
  楚云说道。
  “现在人们已经承认这些超密恒星确实形成于超新星爆发。
  超新星爆发时的强大压力可以造就质量小到只及太阳质量1／10的中子星。
  任何质量更小的恒星在试图成为中子星的过程中将变成小白矮星，因为有些中子通过β衰变转化为质子。”
  五号说道。
  “某些中子星可能是质量接近钱德拉塞卡极限的白矮星演变而成的，如果后者吸积足够的多余物质，使得质量超过这一极限的话。”
  吴刚说道。
  “我记得，中子星有一个铁和类似元素构成的外壳，它的下面是正常中子区。
  再往下则是流体区，其主要成分是超流中子。
  还可能有一个夸克组成的中心内核。”
  虚妄说道。
  “但你们不要忘记了，中子星物质的密度是白矮星的100万倍，水的1000万亿倍，所以每立方厘米中子星物质重达10亿吨左右。”
  李思特看着他们说道。
  “真厉害，不如我们来说一下核裂变吧，这和中子也有关。”
  李思特说道。
  “核裂变是一个重原子的核分裂为两个或更多部分、并在分裂时释放能量和两到三个自由中子的过程。”
  四号说道。
  “说到核裂变，你到是很清楚。”
  李思特说道。
  “我只是从新闻到看到的比较多。”
  四号朝着李思特翻白眼道。
  “你们要知道，裂变释放能量是因为原子核中质量-能量的储存方式以铁及相关元素的核的形态最为有效。
  从最重的元素一直到铁，能量储存效率基本上是连续变化的。
  所以，重核能够分裂为较轻核的任何过程在能量关系上都是有利的。”
  虚妄说道。
  “这个怎么说？”
  四号问道。
  “如果较重元素的核能够分裂并形成较轻的核，就会有能量释放出来。
  然而，很多这类重元素的核一旦在恒星内部形成，即使在形成时要求输入能量，它们却是很稳定的。”
  五号说道。
  “怎么说？”
  楚云问道。
  “那是因为，不稳定的重核，比如铀-235的核，可以自发裂变。
  快速运动的中子撞击不稳定核时，也能触发裂变。
  由于裂变本身释放分裂的核内中子，所以如果将足够数量的放射性物质堆在一起，那么一个核的自发裂变将触发近旁两个或更多核的裂变，其中每一个至少又触发另外两个核的裂变，依此类推而发生所谓的链式反应。”
  虚妄说道。
  “如果我的记忆没有错的话，你说的这就是称之为原子弹和用于发电的核反应堆的能量释放过程。”
  五号说道。
  “对于核弹，链式反应是失控的爆炸，因为每个核的裂变引起另外好几个核的裂变。
  对于核反应堆，反应进行的速率用插入铀堆的可吸收部分中子的物质来控制，使得平均起来每个核的裂变正好引发另外一个核的裂变。”
  虚妄说道。
  “能够举例说明吗？”
  楚云问道。
  “1千克铀-235的全部核的裂变将产生20000兆瓦小时的能量，足以让20兆瓦的发电站运转1000小时，与燃烧300万吨煤释放的能量一样多。”
  五号解释道。
  “你们真厉害，现在大多数都是核聚变发电了。”
  楚云说道。
  “我们说的是核裂变。”
  四号朝着楚云翻白眼道。
  “……”