2015年9月4日

核融合與恆星的演化

作者/張清俊(臺大物理研究所碩士,主修宇宙學,目前任教於北一女中,參與南一版高中物理教科書編輯)

也許你已經聯想到核融合這件很厲害的事。今天我們將好好了解核融合反應如何製造出各種元素,以及它又如何影響恆星的一生。

核融合反應有沒有終點
談到核融合反應,我們的粗略印象大概是較小的原子核就如小塊的積木,接著就好像是疊積木一樣可以越疊越大,那麼即使宇宙誕生初期只存在著很多的氫和氦,但只要透過核融合反應就可以生成各式各樣形形色色的其他原子。但是請你再想想,為什麼週期表的元素只有百來個而沒有一直延伸下去呢?其間是否還有什麼奧祕呢?

太陽如何發光發熱
利用一些簡單的數據分析,可以告訴我們太陽發光、發熱的能量來源,若是僅靠燃燒所產生的將遠遠不夠。而由於核融合反應所產生能量約是一般化學反應的百萬倍,因此我們的太陽正是依賴核融合反應提供的能量來發光與發熱!可是核融合反應也是需要「燃料」,那麼太陽中在進行核融合反應的是哪一種元素呢?是氫在進行核融合反應嗎?那麼其他元素也會參與核融合反應嗎?

要回這個問題稍微有點麻煩,不過幸好我們都站在巨人的肩膀上。科學家在研究太陽等恆星的結構時,給了我們以下提示:
1. 質量巨大的恆星受到重力影響會往內部塌縮,必須依賴核反應所產生的高熱與向外膨脹的壓力來平衡,才能形成一個穩定的結構。
2. 核融合反應需要足夠高的溫度與壓力才會發生,而不同「燃料」所需要的條件也不同,較小的元素(例如氫)比較容易進行核融合反應。......【更多內容請閱讀科學月刊第549期】

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