题目

太阳聚变的过程

提问时间：2020-11-27

答案

太阳内部丰度最高的元素是氢.在太阳中心1.2×10^7摄氏度的高温下,做高速热运动的氢核（也就是质子）可以进行一系列核反应.最重要的当属p-p反应,或说质子-质子反应.它分为三步：
第一步,Hp + Hp ----------- Hd + (e+) + Ve + 1.672×10^-13J
式中Hp代表氢核（质子）,Hd代表氘核,e+表示正电子,Ve表示电子型中微子.这个步骤中释放出1.672×10^-13焦的能量,其中3.05×10^-14焦的能量被中微子Ve带走（这些能量短缺曾让物理学家们困惑了很久,甚至有人怀疑公式E=mc^2的正确性.）,还有
1.367×10^-13焦的能量被正电子e+携带.这个正电子在很短的时间内就会与电子相遇并湮灭,转化成一对 r 光子.
第二步,Hd + Hp -------He3 + r + 6.369×10^-13J
He3表示氦的同位素氦3 —— 是目前让人们垂涎三尺的核聚变燃料.这步反应释放出 6.369×10^-13焦的能量,全部被 r 光子携带.
顺便说一句,由于太阳核心的物质密度很高,所以r 光子的自由程很短.它会在各种过程中把所携带的能量转化成其他粒子的动能,也就是热能.
第三步,He3 + He3 = He4 + Hp + Hp + 14.909×10^-13J
两个氦3核聚变成一个He4核,放出两个质子.后者携带着14.909×10^-13焦的动能.
实际上,虽然6个质子参与了反应,但最终结果是4个质子聚变成一个He4核,总共放出4.12×10^-12焦能量.请注意,这个能量包括了所有的释放能量,反冲核的动能,电子湮灭能等.碳-氮-氧 循环的最终释放能量和这里相同.