李志宏
氘氚核聚变是太阳中的主要核反应吗? 精选
2021-10-24 09:44
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氘氚核聚变是太阳中的主要核反应吗?

在图1所示的太阳结构示意图中我们知道,太阳有个温度很高的核心。据科学家们推算,太阳核心的温度约为1570万开尔文,达到了核聚变的点火温度,因而能够发生以氢为燃料的核反应。太阳内部的主要核反应是pp反应链。最初、最难的反应为质子和质子的核反应,即p+p→d+e+e。该反应的进程受弱相互作用控制,反应截面仅有10-44 平方厘米。它是如此之小,以至于太阳的寿命主要由该反应的速率决定。

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1. 太阳的结构示意图


由于氢是恒星中最多的核素,pp反应产生的氘核会再吸收一个质子,变成氦-3。这一反应受到电磁相互作用控制,截面比弱相互作用大很多个量级。D(p,γ)3He反应速率很快,以致于通过pp反应产生的氘仅有2.5秒左右的存活时间。在达到丰度平衡时,太阳中氘核和氢核的丰度比仅有3×10-18。这一数值比天文观测结果小14个数量级,说明宇宙中氘核的来源不是在恒星内部,而是恒星形成之前,最有可能是在大爆炸时合成的。

 

既然太阳内部的氘很少、存活时间短,又没有半衰期很短的自由中子,因此氘也不大可能通过俘获中子产生氚。而氚的半衰期仅有12.5年,即使原始星云中有氚,也不可能存活到核燃烧阶段。总之,太阳中心的氘很少,又没有氚,基本上不会有氘氚聚变核反应(图2)。

 

目前,国际上的一些氘氚核聚变装置都用人造太阳来宣传,主要为吸引公众的眼球,其实它与太阳中的主要核反应并没有什么关系。

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2. 氘氚核聚变示意图


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