原子弹是一种原子核裂变反应,说到核裂变之前要首先提及一下链式反应。链式反应是指1个中子轰击铀235原子核,原子核衰变成其他元素和3个()中子,3个中子又轰击原子核产生9个中子,然后9个中子轰击又产生27个中子。。。以此类推像一个链一样反应下去,所以称作链式反应。
原子弹需要原料铀235的浓度和体积达到一定的值才能爆炸,所以如何提纯核原料是原子弹最难的技术之一。存储和引爆原子弹也是利用了这个性质,用两块都小于临界体积的铀235相互隔绝,所以不会爆炸,需要引爆时再使其接触到一块。原子核是非常坚硬的,让中子能轰击到铀235的原子核需要高温高压的条件,需要用常规炸药引爆,这样两块隔绝的核原料接触在一起大于临界体积,中子轰击到了原子核,发生链式反应爆炸。根据爱因斯坦质能方程E=mc2,发生质量亏损,释放出的能量非常巨大。化学变化的实质是原子或分子间的重新排布,是化学键的断裂与重组然后释放能量。核裂变是原子核内发生的变化,所以核裂变不属于化学变化。
现在核电站可以通过人为控制链式反应的速率,使反应不像原子弹一样剧烈反应完。大概的原理是用铀235做反应堆,然后由控制棒来吸收反应堆的中子,调节控制棒插入拔出的程度来控制反应速率(有点像滑动变阻器控制电流大小的效果)实现持续稳定的核能供应。
氢弹是属于核聚变,原理是两个氢同位素原子聚变生成其他物质,质量发生亏损,释放能量更加巨大。需要的更高温高压下两个原子核才能克服质子间的库仑力撞到一起,常规炸药爆炸无法达到这个条件,所以是用原子弹作为氢弹的引爆装置。
太阳能就是核聚变产生热量的,所以看起来发光发热,像是在燃烧。太阳体积非常大,发生聚变反应的是太阳中心位置,中心位置符合核聚变发生条件高温高压(上千万度,上千亿个大气压),那么太阳为何能够源源不断的产生核聚变,而不是像氢弹一样一下子炸掉呢?其实是因为一种负反馈控制的动态的平衡:反应剧烈了,太阳核心膨胀,半径增大,万有引力减小,压强减小,又会减缓核聚变速率。反应的缓慢了,太阳核心坍缩,半径减小,万有引力增大,压强增大,又会加快核聚变速率。在这种动态平衡中持续稳定的反应,至今已维持了46亿年。天地日月亦是如此循环往复,芸芸众生不过是瀚海星空的一粒沙子而已。
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