人造太阳高达1亿度,是太阳的7倍,地球为何没有被“烧穿”?

有没有想过中国“人造太阳”,运行温度高达1亿摄氏度,是太阳核心温度的7倍,那么地球上有什么物质能靠近太阳不融化,甚至隔离太阳热量?

实际上,地球上没有任何物质能靠近太阳表面还能保持安然无恙,更不要说太阳核心的温度,人造小太阳能成功是因为中国科学家可以让核聚变的反应物“漂在半空中”,不与反应装置发生接触,这样的技术在地球上经常上演,而且是自然发生的。

太阳VS地球物质

“天才就是1%的灵感加上99%的汗水,但那1%的灵感是最重要的,甚至比那99%的汗水都要重要。”——爱迪生

1887年,爱迪生给灯泡找灯丝时,连头发丝都拿来试,他用那99%的汗水,帮助人类试出来了地球上熔点最高的金属单质——钨,熔点达到了3410摄氏度,但钨并非地球上熔点最高的物质。

地球上的非金属单质中,石墨熔点达到了3900摄氏度,因此经常被用来做电刷、电极、原子反应堆中的减速剂等等。目前地球上已知熔点最高的化合物是铪合金中的五碳化四钽铪(Ta4HfC5),熔点4215摄氏度。

不过,以上这些物质,在太阳面前完全不够看的。太阳表面温度达到了6000摄氏度,其核心温度更是高达1500万摄氏度,一切物质在太阳面前都熔成“浆”。不过,太阳温度也不够看,前不久中国“人造太阳”完成首次放电,运行温度更是达到了1亿度,那么为何人造太阳没有给地球烧穿个“窟窿”,反应装置还安然无恙?

太阳核聚变

宇宙万物的形成与相互作用主要源于四个基础力,电磁力、强(核)力、弱力、引力,核聚变的源泉是核力。

太阳聚变反应原料是氢,氢核带正电,想要聚核就要克服原子核与原子核之间的库仑力,虽然核力比电磁力高两个数量级,但核力却是个“小短手”,只有距离足够近才能发挥作用,否则只能被电磁力(同性相斥)推开。

因为四大基础力有各自的尺度界限,所以原子之间的核聚变反应并不容易发生,否则我们身边处处核反应。核聚变需要借助外力,原子核具备巨大的动能时就能冲破电磁力的壁垒,就像跑跳肯定比立定跳得更远。

太阳能发生核聚变成为恒星是因为质量够大,促使引力够大,内部温度够高,压强也大。不过,即使这样也达不到核聚变的条件,好在宇宙存在一个bug——量子隧穿,一些原子核可以走捷径穿越壁垒,但隧穿效率低下,平均10亿个原子核只有一对能成功。不过,太阳也因祸得福,缓慢的“燃烧”可以更长久。

人造太阳

人类没有太阳那条件,无法享受宇宙BUG加持,只能硬钢。最好的办法就是在密闭的真空环境中,直接把反应原料温度提升到1亿度,从而使原子核获得足够的动能,因此核聚变反应也成为热核反应。

在如此高温情况下,一切物质都会被融掉,电子吸收能量会脱离原子核的束缚,反应装置内演变成一锅带电粒子粥,原子核带正电,自由的电子带负电,它们统称为等离子体,也叫做电浆。这就是地球上物质无法抗过太阳的原因。

太阳黑子暴动时经常把太阳自身的一些带电的粒子流抛洒出去,称为太阳风。人类之所以能在地球上安居乐业是因为地球磁场使告诉带电粒子流发生了偏转,从而阻止它们落到地球表面。带电粒子流会电离星球上的水分子,使他们电解成氢气与氧气,并吹走这些气体,最终使星球丧失水资源。在两极,我们经常能看到极光,这就是太阳风与磁场互相博弈产生的美景。

科学家也是基于电磁原理,在反应装置中加入磁场,使电浆悬浮在真空环境中发生偏转进行高速的圆周运动,从而防止它们触碰到反应装置,因此人类可以在地球上操作比太阳更高的温度。

总结

目前,地球上已知熔点最高的物质是铪合金,熔点高达4215摄氏度,而太阳表面温度达到了6000摄氏度,内部更是达到了1500万摄氏度,因此地球上没有任何物质能在太阳中完整保存。不过,即使是这样人类依然可以在地球上建造1亿摄氏度的人造太阳,因为高温状态下物质都呈带电的等离子态,科学家可以利用磁场使它们漂浮在真空之中进行圆周运动,不与反应装置接受,因此地球不会被“烧”出一个窟窿。