第648章 核聚变

  “那我们就来说说核聚变。”
  楚云看着他们说道。
  “那什么是核聚变？”
  虚妄带头看着楚云问道。
  “核聚变是若干轻核聚合成一个较重的核，并在聚合时释放能量的过程。”
  楚云淡定地说道。
  “那核聚变释放的能量是什么？”
  五号紧随其后地问道。
  “核聚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。
  从最轻的元素一直到铁，能量储存效率基本上是连续变化的，所以，轻核能够聚合成为较重核的任何过程在能量关系上都是有利的。”
  楚云说道。
  “虽然较轻元素的核可以是稳定的，但如果这些核足够紧密地挤压在一起，例如在恒星内部极高的压力下，他们会出现什么状况？”
  虚妄问道。
  “很简单啊，它们会克服各自所带正电荷造成的斥力而互相结合，并在结合时放出能量。”
  楚云说道。
  “那在恒星内部，聚变释放能量的过程主要有两个，你说是哪两个？”
  五号问道。
  “你们两个在考试吗？”
  楚云故意露出不满地表情问道。
  “好像从头到尾，包括在哪吒城市的时候，都是我们两个回答，现在轮到你了，就生气了？”
  五号朝着虚妄眨眼睛道。
  “就是。”
  虚妄说道。
  “碳循环和质子-质子反应。”
  楚云说道。
  “给我们说说，这两个反应是怎么样的？”
  四号说道。
  “我也想知道核聚变的时候，会发生什么？”
  李思特说道。
  “迫使核发生聚变所要求的极端条件，例如超过开氏1千万度的温度，就使得在地球上实现受控条件下的聚变极为困难，这也是氢弹的能量释放过程。”
  楚云说道。
  “得赶的给我们说说氢弹核聚变的过程。”
  李思特兴奋地说道。
  “氢弹核聚变是借助一个原子弹的爆炸引发的，现在可控的核聚变不是在我们国家使用了吗？
  可是全球第一个使用核聚变发电的国家。”
  从这个世界楚云的记忆宫殿内，楚云提取了记忆说道。
  “是的，但你还没说出核聚变的过程。”
  李思特看着楚云说道。
  “要知道，两个氘核的聚变释放的能量大约是单个铀-235核裂变所产能量的2％。
  但是，由于一个铀-235核的重量约为一个氘核的100倍，所以1千克氘所含氘核数将是1千克铀-235所含铀-235核的大约100倍。”
  楚云说道。
  “这能说明什么？”
  李思特问道。
  “这能说明，如果1千克氘的全部氘核两两聚变，它们将提供与1千克铀-235完全裂变大致一样多的能量，也就是相当于燃烧300万吨煤。
  这就是核聚变，明白了吗？”
  楚云淡定地说道。
  “回答的很精彩，不如我们来说一下核合成。”
  虚妄看着他们说道。
  “这个也是核聚变？”
  李思特问道。
  “你提出的这个问题，你来回答。”
  楚云盯着虚妄说道。
  “我就知道，你不会放过我。”
  虚妄说道。
  “算我说的，那什么是你口中的核合成？”
  楚云紧随其后问道。
  “核合成是最简单元素氢的核转变成较重元素的核的过程。”
  虚妄说道。
  “给我们说说这个过程？”
  李思特认真地问道。
  “在天文学里面，这个核聚变过程的第一步是在大爆炸中完成的，它将大量氢转变成氦。
  但除最轻的几种元素外，所有其他元素都是在恒星内部叫做恒星核合成的过程中由氢和氦加工而成。”
  虚妄说道。
  “怎么说？”
  四号问道。
  “大爆炸核合成发生在宇宙已经膨胀和冷却到温度大约开氏1000亿度那一刻之后，这大概是奇点爆发后百分之一秒，即暴涨时期已经过去很久。”
  虚妄说道。
  “我靠，那么厉害，这样的温度，我看我连灰尘都没有了，死的也痛快！”
  李思特一惊一乍地说道。
  他的话，让其他人不约而同时的对他翻白眼。
  “在那时，宇宙迅速膨胀和冷却，在它膨胀冷却时，原始质子和中子经由β衰变和逆β衰变彼此互相转化。
  这个过程在宇宙年龄约3分46秒钟、温度降到开氏9亿度时结束。”
  虚妄说道。
  “然后发生了什么？”
  四号问道。
  “这时，宇宙继续冷却和膨胀，质子和中子的比例则冻结下来了。
  你们要知道，重子形态质量的大约25％成为氦核，差不多75％成为氢核，还有极少量其他轻核，如氘和锂。
  这就是提供给恒星核合成的原料。”
  虚妄说道。
  “有什么相关的历史？”
  楚云问道。
  “恒星核合成在1950年代是由弗雷德·霍伊尔及其同事详细论证的，也让很多人承认大爆炸宇宙学是一门严肃的定量科学。”
  虚妄说道。
  “那恒星内部的元素形成过程是怎么样的？”
  李思特问道。
  “恒星内部的元素形成基本过程是将氦-4核，又叫做α粒子，加进已经存在的核，所以元素是按每步4个原子质量单位一步一步加工出来的。
  氦本身也在主序恒星内部由氢加工而成，所以在恒星演化的较晚阶段有大量的氦作为原料。”
  虚妄说道。
  “这让我想到了，核合成系列的第一步就遇到了一个瓶颈。”
  五号提醒他道。
  “那是因为两个氦-4核结合而成的铍-8核极不稳定，它将在形成之后仅仅10亿亿分之一秒破裂。
  也是因为，霍伊尔的洞察力证明，三α过程可以克服这个瓶颈，因为它实质上是自发地将三个氦-4核聚合成一个碳-12核。”
  虚妄有些不高兴，五号的说法。
  “然后呢？”
  五号继续问道。
  “正如一个氦-4核的质量略小于两个质子和两个中子加在一起的质量，因而代表一种较稳定的物质形态，一个碳-12核的质量也略小于构成它的三个α粒子的质量之和。
  以这种方式每形成一个碳-12核，多余的质量便按照著名公式e=mc^2转化成能量。
  一旦恒星含有了碳，剩下的事情就多多少少是一帆风顺了。”
  虚妄说道。
  “什么意思？”
  李思特问道。
  “……”