我们可能在地球上创造一颗小型太阳吗?

在我们太阳系的中心有一个巨大的核发电机,地球围绕着这个巨大的天体旋转,平均距离为1.496亿公里,它是一颗我们称之为太阳的恒星。太阳为我们提供生命所需的能量。科学家们有可能在地球上创造出一个人造太阳吗?

为了了解科学家如何制造恒星,有必要了解恒星是由什么组成的,以及聚变是如何运作的。太阳大约有75%的氢和24%的氦,其他较重的元素大概占太阳质量1%。太阳的核心非常热,温度超过1500万摄氏度。

在这种温度下,氢原子吸收了太多的能量,以致于它们融合在一起。氢原子的原子核是一个单质子。将两个质子融合在一起需要足够的能量来克服电磁力。那是因为质子带正电荷。如果你熟悉磁铁,你就会知道相似的电荷彼此排斥。但是如果你有足够的能量来克服这个力,你可以把两个原子核融合成一个。

最初的核聚变后剩下的是氘,一种氢的同位素。它是一个有一个质子和一个中子的原子。将氘与氢融合产生氦-3。把两个氦-3原子融合在一起就产生了氦-4和两个氢原子。如果你把这些过程分解来看,基本上意味着四个氢原子融合形成一个氦-4原子。

这就是能量发挥作用的地方。一个氦-4原子的质量小于四个氢原子的总质量。那么,这些额外的物质会流向哪里呢?它转化成了能量。爱因斯坦著名的方程告诉我们,能量等于物体质量乘以光速的平方。这意味着最小粒子的质量相当于巨大的能量。

那么科学家如何创造出一颗恒星呢?

创造足够的能量来克服电磁力并不容易,但美国在1952年11月1日成功做到了这一点。就在那时,世界上第一颗氢弹Ivy Mike在艾露格拉布岛爆炸。氢弹爆炸有两个阶段。第一阶段是裂变弹。裂变是核分裂的过程。这是美国在长崎和广岛用来结束第二次世界大战的核弹。

Ivy Mike的核裂变元素是必要的,以创造大量的能量,以克服氢的电磁力,使其融合成氦。最初爆炸产生的热量通过炸弹的铅壳传递到装有液态氘的烧瓶中。烧瓶内的钚棒充当聚变反应的点火装置。

由此产生的爆炸规模为1040万吨。它彻底摧毁了这个岛屿,留下了一个近50米深宽1.9公里的弹坑。人类在地球上短时间内制造了一颗恒星。

全世界的实验室都在试图找到一种利用聚变作为能源的方法。如果他们能找到一种方法来创造可持续和可控的反应,科学家们就可以利用聚变来提供数百万年的巨大能量。燃料并不短缺——氢资源丰富,海洋中含有大量的氘。

但是,要达到我们可以利用聚变来获取能量的地步,需要多年的研究和数十亿美元的资源。引发核聚变所需的能量加上产生的高温,使得建造一个能够容纳反应的设施变得困难。一些科学家将大质量激光作为点燃核聚变事件的一种方法。其他人则在探索等离子体的选择——物质的第四种状态。

所以,我们可以在地球上创造一颗恒星——至少在短时间内。但我们能否维持这样一个创造物,并利用它惊人的能量,还有待观察。

作者:是柚子呀,如若转载,请注明出处:https://eozlab.com/zirankexue/tianwen/165.html