問題：太陽核心溫度只有1500萬度，遠(yuǎn)達(dá)不到1億度的溫度環(huán)境，為什么還能發(fā)生核聚變？

這個(gè)問題是需要有一些科學(xué)素養(yǎng)的人才能提出的，因?yàn)槠鸫a要知道地球上可控核聚變要達(dá)到1億℃高溫，而太陽內(nèi)部核聚變只有1500萬℃。

這個(gè)問題的潛臺(tái)詞是，在地球上需要1億度溫度才能實(shí)現(xiàn)可控持續(xù)核聚變，太陽中心溫度只有1500萬度，為什么能夠讓核聚變持續(xù)進(jìn)行呢？明確了問題的內(nèi)涵，才能夠有針對(duì)性地回答。

下面就請(qǐng)耐著性子聽時(shí)空通訊給你細(xì)細(xì)道來。

什么叫核聚變？恒星核聚變能量怎么來的？

核聚變就是核融合，簡(jiǎn)單地說，就是一個(gè)原子核和另一個(gè)原子核，在特種條件下能夠擠壓在一起，這樣兩個(gè)或更多的原子核就融合在一起，形成了一個(gè)更大更重的原子核。新的更重的原子核里面的質(zhì)子數(shù)，比原來的原子核增加了，因此再也不是原來的原子核了，就成為一種新的物質(zhì)。

在原子核的融合過程中（這里主要是指氫核聚變），并不是所有的質(zhì)量都能夠全部轉(zhuǎn)換成另一個(gè)原子核，而是會(huì)有約0.7%的質(zhì)量虧損，這部分質(zhì)量以光子形式轉(zhuǎn)化為能量輻射出去，這就是核聚變的巨大能量來源。

恒星都是由星際分子云（簡(jiǎn)稱星云）收縮而成，星云的主要成分就是氫和氦，其中氫占據(jù)體積的90%，質(zhì)量的70%以上。因此所有恒星最開始的核聚變都是氫核聚變，是由4個(gè)氫原子聚變成1個(gè)氦原子。

4個(gè)氫原子的原子量為4.0292，1個(gè)氦原子的原子量為4.0015，可以看出核聚變后質(zhì)量少了0.0276的質(zhì)量單位，約占聚變?cè)恿康?.69%。這部分虧損的質(zhì)量哪里去了呢？原來是以光子形式轉(zhuǎn)化為能量，經(jīng)過復(fù)雜的輻射、對(duì)流等方式，一路磕磕碰碰的到達(dá)恒星表面，最終輻射到了太空，這樣我們就看到了發(fā)光發(fā)熱的恒星。

在太陽核心，每秒鐘約有6億噸的氫，轉(zhuǎn)化為約5.958億噸的氦，則虧損的420萬噸質(zhì)量就轉(zhuǎn)化成了能量。這里要用到愛因斯坦的質(zhì)能方程，這個(gè)方程的表達(dá)式為：E=MC^2，其中E為能量，單位J（焦耳）；M為質(zhì)量，單位kg（千克）；C為光速，這里取值約300000000m/s（米/秒）。

根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程計(jì)算，每秒鐘釋放的能量達(dá)到3.78*10^26J（焦耳）。這是多大的能量？就是每秒鐘相當(dāng)爆發(fā)9萬億顆廣島級(jí)原子彈。我們地球能夠得到這些能量的22億分之一，也就是約1000萬座三峽大壩的持續(xù)不斷發(fā)電量，每秒鐘約4000顆廣島原子彈同時(shí)爆發(fā)的能量。

核聚變的條件。

我們知道，原子是由原子核和核外電子組成的。實(shí)際上原子是一個(gè)很小的核被1個(gè)乃至若干個(gè)電子包裹著，這些電子按能級(jí)不同，在不同的層次圍繞著原子核，以電子云狀態(tài)包裹在原子核外面。因此整個(gè)原子就像一個(gè)大籃球，籃球外面這層皮就像原子外圍電子云形成的外殼，而原子核就像籃球中心一粒小米。

有了這個(gè)堅(jiān)硬的外殼，中間的小米粒是很難接觸到的。要打破這個(gè)外殼，只有兩種方式，一種是高溫，一種是高壓，通過這兩種方式把這個(gè)外殼剝離，才能夠露出中間的“小米”~原子核。

熱核聚變的主要條件是高溫，高壓則能夠讓核聚變變得更劇烈和長(zhǎng)久持續(xù)。這個(gè)高溫要多少呢？其實(shí)要驅(qū)離原子外圍電子并不難，只要幾千攝氏度高溫就能做到，我們看到的等離子體就是電子被驅(qū)離了原子核，形成帶負(fù)電的電子團(tuán)和帶正電的核子攪和在一起的電漿。

但驅(qū)離了電子外殼，原子核裸露出來后，并不會(huì)自動(dòng)產(chǎn)生融合。因?yàn)樵雍藥д姡覀兌贾劳韵喑猓瑯訋д姷脑雍耸窍嗷ヅ懦獾模屗鼈兘Y(jié)合在一起必須克服它們之間的庫侖勢(shì)壘。溫度越高，或壓力越大，原子核的動(dòng)能就越大，這樣這些赤裸的原子核相互碰撞機(jī)會(huì)就越多，碰撞的力度就越大，穿越庫侖勢(shì)壘，形成所謂量子隧穿效應(yīng)核子就越多。

只有大量的核融合，得到的核聚變能量才有價(jià)值。

形成可控核聚變的溫度要多高呢？

其實(shí)也不要多高，幾萬度幾十萬度幾百萬度都可以，問題是溫度越高，壓力越高，原子核動(dòng)量越大，赤裸著的原子核相互碰撞的機(jī)會(huì)就越多，核融合的速度就越快。只有足夠多的原子核融合在一起，核聚變的能量才能夠達(dá)到足夠大，形成維持核聚變的自持燃燒，也就是無須輸入能量就可以持續(xù)反應(yīng)，這樣才能夠?qū)⒑司圩冊(cè)丛床粩嗟哪芰枯敵隼谩?/p>

地球上無法形成太陽那樣的巨大壓力，就只能在溫度上做文章了。這就是在地球上5000萬度也能夠進(jìn)行氫核聚變，1億度也能夠進(jìn)行的道理。但問題是溫度較低時(shí)，無法形成自持式燃燒，以至于能量入不敷出，反應(yīng)得到的能量還不如輸入加熱所需的能量多，這種核聚變于人類有何用呢？因此在地球上就需要1億度高溫，才能夠讓氘核聚變（氫的同位素）持續(xù)進(jìn)行，并得到能量輸出造福人類。

核聚變要解決的關(guān)鍵問題是，世界上沒有任何容器能夠耐受1億度高溫，要約束這么高溫度的等離子體，主要只有三種方式，就是重力約束、慣性約束、磁約束。太陽核聚變是重力約束方式，氫彈爆炸是慣性約束方式，今天就不展開說這些了。

現(xiàn)在世界各國采取的可控核聚變實(shí)驗(yàn)主要采用磁約束，這種裝置叫托卡馬克裝置，原理就是用線圈繞成一個(gè)真空室，中心產(chǎn)生強(qiáng)大磁場(chǎng)，讓核聚變反應(yīng)的超高溫等離子體，在這個(gè)磁場(chǎng)形成的真空室約束下進(jìn)行，然后通過復(fù)雜的裝置，將熱能引到外面，轉(zhuǎn)化為電能等能源，供人類使用。

人類可控核聚變實(shí)驗(yàn)了幾十年，進(jìn)展十分緩慢，現(xiàn)在已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了能量的正輸出，也就是出大于入，但時(shí)間還不能維持多久。中國在這個(gè)領(lǐng)域處于世界領(lǐng)先地位，最長(zhǎng)放電時(shí)間達(dá)到了1000秒。

太陽的核聚變是靠溫度和壓力的共同作用。

太陽中心核聚變是重力約束形式，是依靠太陽質(zhì)量形成的強(qiáng)大引力壓力，使核心溫度升到1500萬度，壓力達(dá)到3000億個(gè)地球海平面大氣壓。在這種溫度和壓力的合力下，讓氫核裸露出來，相互發(fā)生劇烈碰撞，形成自持而源源不斷的核聚變。

當(dāng)核心的氫燒完后，核聚變就會(huì)停止，這樣就沒有了巨大輻射壓來抵御太陽巨大引力壓，外圍物質(zhì)就會(huì)急速向中心塌縮。在這種巨大壓力擠壓下，太陽核心溫度就會(huì)驟然升高到2億攝氏度，這時(shí)就達(dá)到了激發(fā)氦核聚變的溫度和壓力，隨后會(huì)一直到把核聚變升級(jí)到碳6為止。

氦核聚變以氦閃的形式很快完成，巨大的輻射把太陽膨脹成一顆紅巨星，半徑達(dá)到現(xiàn)在的200多倍，這個(gè)太陽吞噬了水星和金星，邊緣會(huì)到達(dá)了地球附近，地球或被吞噬或被烤焦，那時(shí)如果地球上還有觀測(cè)者，就會(huì)看到覆蓋著整個(gè)天空的巨大太陽了。

這時(shí)候，太陽引力再也沒有辦法束縛住外圍的氣體物質(zhì)，這些氣體物質(zhì)漸漸消散在太空，成為新的分子云。而太陽核心會(huì)留下一個(gè)致密的碳核，這就是黃矮星的尸骸~白矮星，體積只有約地球大小，但質(zhì)量至少有半個(gè)太陽以上，密度達(dá)到1~10噸/cm^3。

恒星核心核聚變激烈程度與質(zhì)量成正比。

恒星越大，核心溫度越高，壓力越大，核反應(yīng)就越劇烈，燃燒物質(zhì)的速度就越快，因此壽命就越短。像太陽這樣的黃矮星，壽命約100億年，現(xiàn)在太陽年齡已經(jīng)約50億歲，再過50億年就會(huì)壽終正寢；迄今已知最大質(zhì)量的恒星叫r136a1，其質(zhì)量為太陽的200多倍，據(jù)科學(xué)測(cè)算其壽命只有約300萬年，現(xiàn)在已經(jīng)170萬歲了，再過130萬年，就會(huì)發(fā)生超新星大爆炸，硝煙散盡，中心會(huì)留下一個(gè)約20倍太陽質(zhì)量的黑洞。

比太陽小的紅矮星，質(zhì)量最小必須有太陽的8%，中心壓力和溫度才能夠達(dá)到核聚變要求，但這種核聚變比太陽核心要溫和多了，因?yàn)檫@種恒星中心溫度和壓力要小很多，這樣核心燃料消耗就慢很多，壽命就會(huì)很長(zhǎng)，達(dá)到萬億年以上，甚至?xí)c宇宙共存亡。它最后的結(jié)局是燒完核心的氫就熄滅，漸漸冷卻成為黑矮星。

現(xiàn)在宇宙壽命才有138億年，因此還沒有一顆紅矮星熄滅，宇宙中還沒有發(fā)現(xiàn)任何黑矮星。宇宙中紅矮星最多，大致占有整個(gè)恒星總量的80%以上，而我們太陽這種質(zhì)量左右的恒星只有不到10%，大質(zhì)量恒星很少，不到5%。

恒星質(zhì)量不同，核聚變實(shí)現(xiàn)的層次不一樣。

恒星核聚變是有層次的，從氫核聚變開始，可以一直到26號(hào)元素鐵，也就是有26個(gè)層級(jí)的核聚變。每一個(gè)層級(jí)的核聚變完成后，星體就會(huì)來一只坍縮，形成中心更大的壓力和更高的溫度，激發(fā)下一個(gè)層級(jí)的核聚變。

恒星能夠?qū)崿F(xiàn)哪一級(jí)核聚變，完全與恒星質(zhì)量成正比。質(zhì)量越大，核聚變層次就越高。紅矮星核聚變只能完成氫核聚變，太陽這樣的黃矮星可以到6號(hào)元素碳結(jié)束，比太陽質(zhì)量大8倍以上的恒星，最后可到達(dá)26號(hào)元素鐵結(jié)束。

再大的恒星核聚變也只能到鐵結(jié)束，這是因?yàn)殍F是最穩(wěn)定的元素，也是最吝嗇的元素，無論核裂變還是核聚變都不會(huì)釋放出能量，只會(huì)吸收能量，這樣，老年的恒星已經(jīng)沒有能力來催化鐵的核聚變了。

但大質(zhì)量恒星核聚變到鐵結(jié)束后，劇烈的坍縮會(huì)導(dǎo)致熱核失控，形成超新星大爆發(fā)，導(dǎo)致的萬億度高溫和極大高壓，會(huì)聚合出比鐵更重的元素，讓我們宇宙就有了現(xiàn)在已知的118種元素。

所有的重元素都是通過聚變得來的。

這一點(diǎn)，早就已經(jīng)通過人工合成元素得到了證實(shí)。在現(xiàn)在已知118種元素中有26種人造元素，都是在加速器、強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)等設(shè)備里，通過將某個(gè)輕原子核加速到接近光速，轟擊某個(gè)重原子核，讓他們?nèi)诤铣筛卦雍说脕淼摹?/p>

這本質(zhì)上也是核聚變，也是通過高溫高壓形成的，但這種核聚變只是原子級(jí)，極高溫度和極高壓力只是在碰撞的那一瞬間，這種“一瞬”只能用納秒、飛秒計(jì)，沒有極為精密的科學(xué)儀器是檢測(cè)不到的。而且這種核聚變完全是依靠巨大能量輸入得到的，無法形成人類需要的核聚變能量。

這就是恒星核聚變與地球核聚變溫度要求不一樣的原因，謝謝閱讀，歡迎討論。

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氫彈的核聚變反應(yīng)

氫彈其實(shí)已經(jīng)是我們耳熟能詳?shù)拇笠?guī)模殺傷性武器了。而氫彈的原理說白了就是核聚變反應(yīng)。那什么是核核聚變呢？

簡(jiǎn)單來說是這樣的，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，宇宙中存在著不同的元素原子，它們的區(qū)別在于原子核內(nèi)的質(zhì)子數(shù)不同。

在這些原子中，鐵原子核是最穩(wěn)定的，鐵之前的元素原子核都有聚合的趨勢(shì)，鐵之后的的元素原子都有裂變的趨勢(shì)。所謂“趨勢(shì)”，就是說整個(gè)反應(yīng)的過程是釋放能量的，而不是吸收能量。

而原子彈利用的是比鐵元素原子序數(shù)大的元素可以裂變產(chǎn)生能量的原理。比如，比較常見的就是鈾235。

不過這里補(bǔ)充一點(diǎn)，原子核除了核裂變之外，還有鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，那什么是鏈?zhǔn)椒磻?yīng)？

其實(shí)就是不斷核裂變地過程。

而原子序數(shù)比鐵元素小的元素原子核可以發(fā)生聚變，氫彈利用的就是氫核聚變，氫的同位素氘和氚聚合成一個(gè)氦4，并釋放出一個(gè)中子以及能量。

不過，核聚變對(duì)反應(yīng)的條件要求特別高，氫核聚變反應(yīng)已經(jīng)是要求最低的了，但也需要1億度。所以，我們用常規(guī)手段是沒有辦法直接引爆氫彈的。一般來說，引爆氫彈之前，都會(huì)先引爆一顆原子彈，這樣才能達(dá)到引爆氫彈的反應(yīng)條件。

弱相互作用

我們要知道的是，太陽的內(nèi)核燃燒是沒有原子彈來引爆的，同時(shí)也沒有達(dá)到1億度。那太陽的內(nèi)核為什么還會(huì)燃燒呢？

我們首先要知道的是太陽的質(zhì)量特別大，整個(gè)太陽系99.86%的質(zhì)量是太陽的質(zhì)量，而太陽的是由于分子云在引力坍縮下逐漸形成的，內(nèi)核由于引力的擠壓，導(dǎo)致溫度急劇升高，達(dá)到了1500萬度以及200多萬個(gè)大氣壓。但是，這并不能夠引發(fā)核聚變反應(yīng)。

但實(shí)際上，此時(shí)的太陽的核心是處于一個(gè)奇怪的狀態(tài)，并不是常規(guī)的三態(tài)。（氣態(tài)、液態(tài)、固態(tài)，）而是一種叫做等離子態(tài)。

在等離子態(tài)的狀態(tài)下，原子結(jié)構(gòu)是不存在的，整個(gè)就是一個(gè)粒子粥，電子，原子核到處亂竄。

而要發(fā)生核反應(yīng)的其實(shí)是氫原子核，它們帶正電，所謂同種電荷互相排斥，因此由于庫侖力的存在，兩個(gè)氫原子核（實(shí)際上就是質(zhì)子）相遇都很難，更不要說核聚變反應(yīng)了。

如果在宏觀世界里，這樣的反應(yīng)是不可能發(fā)生的。但是在微觀世界里不同，微觀世界里有一種量子效應(yīng)，現(xiàn)在被我們叫做量子隧穿效應(yīng)。

也就是說，即使有勢(shì)能的壁壘（需要消耗大量能量才能做成的事情），在微觀世界中也有一定的概率能發(fā)生。

具體來說是這樣的，在自然界中存在著4種作用力，分別是強(qiáng)相互作用，電磁相互作用、引力以及弱相互作用。而其中弱相互作用要比強(qiáng)相互作用和電磁相互作用弱一些。

基于量子隧穿效應(yīng)，弱力可以使得質(zhì)子和質(zhì)子發(fā)生核聚變反應(yīng)。但是由于弱力很弱以及量子隧穿效應(yīng)其實(shí)發(fā)生的概率也很低，因此太陽的核聚變反應(yīng)其實(shí)是很溫和地進(jìn)行，而不是像氫彈那樣一下子全炸了。而且太陽內(nèi)核主要進(jìn)行的氫核聚變反應(yīng)也要比氫彈的原理稍微復(fù)雜一些，是4個(gè)質(zhì)子發(fā)生核聚變反應(yīng)生成一個(gè)氦4。

這個(gè)過程也被我們稱為質(zhì)子-質(zhì)子反應(yīng)鏈。除了這個(gè)反應(yīng)鏈，恒星內(nèi)部還存在著碳氮氧循環(huán)反應(yīng)鏈，只不過這種形式在太陽中的占比很低，不過結(jié)果類似，也是四個(gè)氫原子核聚變反應(yīng)生成氦-4。

也就是說，核聚變反應(yīng)溫度不夠的問題其實(shí)是由于量子隧穿效應(yīng)和弱相互作用的共同結(jié)果。

答：太陽內(nèi)部的核聚變反應(yīng)其實(shí)是非常緩和的，太陽整體釋放能量的效率甚至比人體還低很多倍，之所以太陽內(nèi)部1500萬度就能持續(xù)釋放大量能量，主要原因在于太陽質(zhì)量太大。

氫彈爆炸的中心溫度高達(dá)2億度以上，人類制造的托卡馬克裝置約束的等離子體電子，已經(jīng)能持續(xù)一定時(shí)間保持在1億度以上，約束的等離子溫度能在5000萬度以上，太陽中心溫度大約是1500萬度。

有人可能會(huì)有疑問，太陽1500萬度就能持續(xù)進(jìn)行核聚變反應(yīng)，為何我們制造上億度的溫度，還是無法實(shí)現(xiàn)可控核聚變？

愛丁頓

最早提出恒星能量來源于核聚變的是英國科學(xué)家愛丁頓，他在1919年測(cè)量日全食驗(yàn)證了愛因斯坦的廣義相對(duì)論，在1920年提出恒星發(fā)熱的機(jī)理，但他的恒星理論當(dāng)時(shí)受到了學(xué)術(shù)界的反駁。

因?yàn)榘凑战?jīng)典物理學(xué)的模型計(jì)算，在太陽這樣的天體當(dāng)中要讓氫元素發(fā)生穩(wěn)定的核聚變，需要上百億度的高溫，這遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了當(dāng)時(shí)估計(jì)的太陽核心溫度。直到1928年，科學(xué)家喬治·伽莫夫提出量子隧穿效應(yīng)，才真正詮釋了愛丁頓理論的機(jī)制。

量子隧穿效應(yīng)

恒星內(nèi)部的高溫讓原子和核外電子完全分離，成為裸露原子核和電子混合的等離子態(tài)，由于強(qiáng)相互作用的作用距離非常短，而原子核又帶正電，會(huì)因?yàn)閹靵隽ο嗷ヅ懦猓詢蓚€(gè)原子核要發(fā)生融合是非常難的。

按照經(jīng)典的思維，我們可以給物質(zhì)加熱，從而增大原子核的平均動(dòng)能，當(dāng)單個(gè)原子核的動(dòng)能超過一定值后，就可能克服庫侖力發(fā)生融合，但是這個(gè)辦法需要的溫度非常高，經(jīng)典物理學(xué)計(jì)算需要上百億度才能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的核聚變。

但是有了量子隧穿效應(yīng)就能大大降低核聚變的最低溫度，在量子力學(xué)中，微觀粒子具有不確定性，甚至能穿過在經(jīng)典物理學(xué)中無法穿過的勢(shì)壘，即便是小概率事件，但是對(duì)于大質(zhì)量的恒星來說，已經(jīng)足以引發(fā)穩(wěn)定的核聚變反應(yīng)。

后來科學(xué)家還發(fā)現(xiàn)了恒星的p-p鏈反應(yīng)，然后量子物理學(xué)家掐手計(jì)算，對(duì)于恒星來說，只需要大約1000萬度就能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的核聚變反應(yīng)，于是太陽的能量來源之謎得到解決，愛丁頓的理論是正確的。

恒星發(fā)熱效率

在微觀世界中，即便太陽核心溫度高達(dá)1500萬度，壓力高達(dá)上千億個(gè)大氣壓，實(shí)際上在太陽的核聚變反應(yīng)是非常緩和的，而且只在核心區(qū)域內(nèi)進(jìn)行，能量釋放效率很低，我們可以用人體來對(duì)比：

（1）太陽質(zhì)量2*10^30kg；

（2）太陽每秒釋放能量3.8*10^26J；

（3）一個(gè)65千克的成年人，在20℃的環(huán)境中，每秒向環(huán)境中釋放熱量大約是150J；

那么人體1千克物質(zhì)每秒向環(huán)境釋放能量為：

150/65=2.3J

太陽1千克物質(zhì)每秒向太空中釋放能量為：

3.8*10^26/2*10^30=0.00019J

也就是說，單位質(zhì)量的人體向環(huán)境中釋放熱量，居然是恒星的1.2萬倍，這絕對(duì)出乎很多人的意料。

其中的原因也不難解釋，無論是恒星還是人體，向外散熱的是表面積，對(duì)于一個(gè)三維物體來說，體積和尺寸的三次方成正比，表面積和尺寸的平方成正比，所以體積的增加速度比表面積快。

對(duì)于球形的恒星來說，雖然內(nèi)部核聚變的速度非常緩慢，但恒星的質(zhì)量實(shí)在太大了，散熱表面積的增加速度慢于質(zhì)量的增加，所以恒星的溫度會(huì)變得很高。

就像一頭大象在冷水中可以戲耍很久也沒事，但是一只老鼠落入冷水當(dāng)中會(huì)很快因?yàn)槭囟劳觯驗(yàn)槔鲜蟮捏w積表面積比太低，導(dǎo)致身體熱量的利用率也跟著低。

我的內(nèi)容就到這里，喜歡我們文章的讀者朋友，記得點(diǎn)擊關(guān)注我們——艾伯史密斯！

太陽發(fā)光發(fā)熱來自核心的核聚變，其實(shí)太陽的核聚變與人類制造的氫彈本質(zhì)上還是有很大區(qū)別的。太陽的核聚變并不像人類制造的氫彈那樣猛烈，而是非常溫和的。事實(shí)上太陽核聚變釋放能量的效率甚至比人體輻射熱量的效率還要低，只不過太陽質(zhì)量和體積非常巨大，所以才能向太空中釋放超乎想象的能量。

根據(jù)經(jīng)典力學(xué)計(jì)算，像太陽這樣的大型天體要想穩(wěn)定進(jìn)行核聚變，至少需要上百億度的高溫，顯然這個(gè)溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了太陽核心溫度1500萬度，那么為何太陽仍舊能進(jìn)行穩(wěn)定的核聚變呢？

簡(jiǎn)單來講，太陽質(zhì)量實(shí)在太大了！

但深層原因在于量子力學(xué)中的量子隧穿效應(yīng)。

太陽核心的高溫高壓，讓原子外部的電子完全分離，太陽核心的物質(zhì)狀態(tài)其實(shí)是等離子態(tài)。而原子核帶正電，強(qiáng)力的作用距離又非常短，原子核會(huì)因?yàn)閹靷惲ο嗷ヅ懦猓韵胍獌蓚€(gè)原子核融合其實(shí)是非常困難的。

按照經(jīng)典力學(xué)思維，只要給物體加熱，原子核動(dòng)能增大，就可以克服庫侖力發(fā)生融合，但根據(jù)經(jīng)典力學(xué)計(jì)算這至少需要上百億度才可以。

但根據(jù)量子力學(xué)中的量子隧穿效應(yīng)，遠(yuǎn)不需要百億度的溫度就可以讓原子核融合。按照量子力學(xué)詮釋，微觀粒子具有不確定性，有一定概率穿越經(jīng)典物理中無法穿越的勢(shì)壘，只不過這種概率非常小。但由于太陽質(zhì)量巨大，即使非常小的概率，也能讓核聚變得以穩(wěn)定維持下去。

這就是太陽能夠穩(wěn)定幾十億年核聚變的原因。核心溫度雖然只有1500萬度，但太陽質(zhì)量巨大，核心壓力高達(dá)上千億個(gè)大氣壓，詭異的量子隧穿效應(yīng)雖然發(fā)生概率非常小，也足夠讓太陽核聚變進(jìn)行下去。而正是因?yàn)榱孔铀泶┌l(fā)生的概率很小，太陽核心核聚變相當(dāng)溫和，并不會(huì)像氫彈那樣瞬間爆炸！

太陽核心溫度只有1500萬度，遠(yuǎn)達(dá)不到1億度的溫度環(huán)境，為什么還能發(fā)生核聚變？

近年來，“人造太陽”一直以來都是人們非常關(guān)心的熱點(diǎn)話題，其原理就是利用人工的手段，通過特殊的反應(yīng)裝置，來模擬太陽內(nèi)部的核聚變反應(yīng)，達(dá)到輸出能量大于輸入能量的目的，從而可以為人類生產(chǎn)生活提供更加豐富和更加清潔的能源，在一定程度上能夠緩解能源危機(jī)問題。

從“人造太陽”的模擬原理我們可以看出，這是一種在人工創(chuàng)造的環(huán)境下實(shí)現(xiàn)的可控核聚變，其所需要的最重要的一個(gè)因素就是創(chuàng)造非常高的溫度，推動(dòng)核聚變的正常穩(wěn)定和高效運(yùn)行，從我國“人造太陽”的研究進(jìn)展來看，我們目前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了裝置內(nèi)部在1億攝氏度高溫環(huán)境下等離子體的穩(wěn)定運(yùn)行，將下來還將要突破3億攝氏度的反應(yīng)溫度，我國的研究進(jìn)展已經(jīng)在國際上遙遙領(lǐng)先。在這里，有的朋友不禁要問了，太陽內(nèi)部的溫度只有1500萬攝氏度，為何就能激發(fā)核聚變反應(yīng)呢？

很多朋友估計(jì)對(duì)氫彈爆炸印象深刻，瞬間就會(huì)向外界釋放巨量的能量，隨著爆炸產(chǎn)生的沖擊波對(duì)周圍區(qū)域的殺傷力無比巨大。其實(shí)氫彈爆炸的過程主要包括兩個(gè)階段，前一階段包含著原子彈爆炸的過程，即利用鈾235等重元素核裂變產(chǎn)生巨大能量。后一階段則是利用原子彈爆炸產(chǎn)生的能量，使氫彈中的氫同位素氘和氚在高達(dá)1億攝氏度的環(huán)境下，發(fā)生核聚變反應(yīng)，生成氦4原子核，同時(shí)釋放更大的能量。作為核聚變反應(yīng)條件最低的氫，在現(xiàn)有人工控制下至少得需要1億攝氏度的高溫，這一點(diǎn)與“人造太陽”原理基本相似。從最簡(jiǎn)單的角度來考慮，之所以需要1億攝氏度的高溫，主要原因在于我們?cè)谌斯た刂葡拢m然模擬的是太陽內(nèi)部的核聚變反應(yīng)，但是無論是參與反應(yīng)的原材料數(shù)量還是壓力方面，都遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到太陽內(nèi)部的水平，要填平這些差距，就必須通過提升溫度來解決了。

眾所周知，我們太陽系的絕對(duì)老大－太陽，其誕生歷程與其它恒星一樣，都是來源于上一任大質(zhì)量恒星通過超新星爆發(fā)所釋放的巨量星云物質(zhì)，在長(zhǎng)期引力擾動(dòng)的作用下，這些星云物質(zhì)逐漸在某個(gè)核心區(qū)域上聚集，使得這個(gè)核心區(qū)域的質(zhì)量越來越大，從而吸引更多的星云物質(zhì)向內(nèi)部發(fā)生坍縮。在此過程中，原有星云物質(zhì)所具有的引力勢(shì)能一部分就會(huì)轉(zhuǎn)化為核心區(qū)域的熱能，另一方面在星際物質(zhì)坍縮過程中，大量氣體分子和塵埃相互碰撞和摩擦，也逐漸提升了核心區(qū)域的溫度。在以上兩種因素的作用下，逐漸形成了太陽的原始“胚胎”，隨著吸聚物質(zhì)的越來越多，“太陽胚胎”的溫度和壓力逐漸提升，待達(dá)到可以激發(fā)核聚變的臨界條件時(shí)，其溫度可以達(dá)到1000萬攝氏度，壓力可以達(dá)到200萬個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓。

從常規(guī)的物理學(xué)角度來看，在1000萬攝氏度、200萬個(gè)大氣壓之下并不能真正達(dá)到氫核聚變的條件。因?yàn)樘杻?nèi)部的高溫和高壓，雖然可以使自由原子以非常高的速度進(jìn)行碰撞，但是這個(gè)高速度還不能達(dá)到突破兩個(gè)原子的庫侖勢(shì)壘的地步。但是不要忘了，此時(shí)太陽內(nèi)部的組成物質(zhì)，并不是我們?cè)诤暧^世界中看到的固、液、氣這3種基本相態(tài)的任何一種，在太陽內(nèi)部的高溫高壓環(huán)境下，所有原子都被電離，形成由自由原子和自由電子所組成的等離子狀態(tài)。這些自由粒子在太陽內(nèi)部會(huì)通過量子微觀世界中的一種現(xiàn)象－量子隧穿效應(yīng)，來推動(dòng)氫核聚變的產(chǎn)生。

量子隧穿效應(yīng)簡(jiǎn)單來說，就是在微觀量子領(lǐng)域，通過質(zhì)子的不確定性運(yùn)動(dòng)，有一定的幾率突破原子核之間庫侖力的排斥作用，從而進(jìn)入到其它原子核的內(nèi)部，與另外的質(zhì)子聚合形成新的原子核，從而激發(fā)核聚變反應(yīng)。但是，這種自由原子發(fā)生量子隧穿的比例，在太陽內(nèi)部仍然是非常低的，幸好太陽在誕生過程中所吸聚的原材料非常多，可以保證在很低的量子隧穿比例下，能夠有效維持核聚變的穩(wěn)定運(yùn)行。

也就是說由4個(gè)氫原子核最終通過質(zhì)子－質(zhì)子鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，聚變形成一個(gè)氦4原子核，同時(shí)釋放出一定的伽馬光子、中微子以及部分能量。在這一點(diǎn)上，太陽內(nèi)部的核聚變過程，要比氫彈爆炸以及“人造太陽”復(fù)雜一些，因?yàn)橹苯邮菑?個(gè)氫原子作為起點(diǎn)，而不是像氫彈爆炸以及“人造太陽”那樣是以氫的同位素氘和氚為起點(diǎn)。

通過以上的分析我們可以看出，太陽內(nèi)部的高溫和高壓環(huán)境，為量子隧穿效應(yīng)的發(fā)生提供了基礎(chǔ)條件，在較低的發(fā)生比例之下通過數(shù)量取勝，從而形成了這種比較“溫和”的核聚變過程，繼而有效確保了太陽可以源源不斷地向外界釋放著光和熱的終極目標(biāo)。從某種意義上來說，太陽內(nèi)部的高溫，并不是核聚變形成的，而是由物質(zhì)坍縮所引發(fā)的，并且由核聚變釋放的能量所維持著。而微觀世界中量子隧穿效應(yīng)的發(fā)生比率，將會(huì)隨著恒星核心區(qū)域溫度和壓力的提升而增加，這也是為什么越是質(zhì)量大的恒星，其內(nèi)核發(fā)生核聚變反應(yīng)的程度越劇烈、恒星壽命也越短的重要原因。

太陽核心溫度只有1500萬度，遠(yuǎn)達(dá)不到1億度的溫度環(huán)境，為什么還能發(fā)生核聚變？

全世界窮盡一切努力正在建設(shè)商業(yè)核聚變實(shí)驗(yàn)堆ITER，它的目標(biāo)是遠(yuǎn)超一億度以上的高溫，并且保持超過500秒以上的時(shí)間，以讓參與聚變的氚氘達(dá)到聚變條件，原子核在超高溫下突破庫侖障壁，聚合在一起形成氦四，同時(shí)釋放出巨大的能量！

看到這里相信很多朋友都會(huì)有一個(gè)疑問，教科書上寫著太陽中心溫度也就1500萬度，而ITER第一次開機(jī)運(yùn)行的溫度也遠(yuǎn)超1500萬度，為什么太陽能行而ITER不行？

太陽除了有1500萬度的高溫外還有什么？

太陽是一個(gè)直徑接近140萬千米的等離子火球，盡管早期天文學(xué)家并不清楚太陽的發(fā)光原理是什么，但也知道太陽中心的溫度會(huì)在引力坍縮的作用下變得極高，到底有多高呢？

在距離太陽不超過五分之一半徑的區(qū)域內(nèi)，溫度接近1360萬K，而太陽表面只有5800K，當(dāng)然除了這些以外還有一個(gè)產(chǎn)生這個(gè)高溫的一個(gè)途徑：超高壓，這是太陽外圍將近100多萬千米厚度的質(zhì)量壓縮導(dǎo)致的，中心壓力超過2500億個(gè)大氣壓，這個(gè)壓力下太陽內(nèi)核物質(zhì)密度高達(dá)水的150倍！

而太陽內(nèi)核的氫元素就在太陽內(nèi)核高溫+高壓的環(huán)境下正在源源不斷轉(zhuǎn)換為氦元素，而太陽表面的光合熱就來自于內(nèi)核的的聚變，每秒有超過6.2億噸的氫元素聚變成氦元素，質(zhì)量虧損超過430萬噸，各位有興趣的朋友可以用愛因斯坦的質(zhì)能方程計(jì)算下，太陽每秒釋放的能量有多大！

只有高溫和高壓就能聚變了嗎？

1920年愛丁頓爵士提出了太陽的氫聚變成氦的反應(yīng)中產(chǎn)生能量的模型，并且提出了在恒星內(nèi)部可能會(huì)產(chǎn)生更重的元素！但科學(xué)家經(jīng)過計(jì)算發(fā)現(xiàn)，太陽內(nèi)核的溫度與壓力并不足以產(chǎn)生氫元素核聚變，這里要強(qiáng)調(diào)一下，太陽上最多的元素是氫元素，但卻是氫的同位素氕，而ITER反應(yīng)堆中用的是氫同位素氘和氚，必須要來區(qū)分下！

氕是氫同位素中比例最高的，自然界中超過99.8%都是氕，而氘的比例則低于0.2%，氚因?yàn)榇嬖诎胨テ冢匀唤绫壤菢O低的！ITER中使用的聚變材料是氘和氚，因?yàn)檫@兩中元素的比結(jié)合能比較小，比較容易達(dá)到聚變條件！

但太陽不會(huì)有人給它制造氘元素，只能由它自己制造，因此科學(xué)家計(jì)算后氕無法形成聚變，著實(shí)讓他們有些尷尬，不過1928年喬治·伽莫夫推導(dǎo)出了在兩個(gè)原子核在足夠近的條件下，強(qiáng)力可以克服庫侖障壁的量子力學(xué)公式，也就是現(xiàn)在俗稱的量子隧穿效應(yīng)！

這個(gè)效率非常低，平均有十億個(gè)原子核才會(huì)有一對(duì)聚變成功，其實(shí)這反而是太陽長(zhǎng)達(dá)100億年的發(fā)光發(fā)熱的保證，因?yàn)樘杻?nèi)核的氫元素轉(zhuǎn)換成氦元素的速度取決于氕元素聚變成氘元素的速度，這一點(diǎn)上量子隧穿效應(yīng)成了控制恒星壽命的關(guān)鍵！

太陽內(nèi)核的質(zhì)子反應(yīng)鏈，從氕氘氦四的過程，太陽現(xiàn)在還處在氫燃燒的主序星時(shí)代，內(nèi)核只是累積氦元素，但溫度還不足以達(dá)到氦元素聚變。

氘氚核聚變過程

質(zhì)子反應(yīng)鏈沒有氘氚聚變的過程，對(duì)于太陽來說氘氘聚變或者氕氘聚變已經(jīng)是一件很容易的事了，但對(duì)于人類來說氘氚聚變難度仍然要低于氘氘聚變，盡管氚價(jià)格極其昂貴，但仍然義無反顧的選擇了氘氚聚變，原因之一是氘氚容易實(shí)現(xiàn)，其二是氘氚聚變能產(chǎn)生中子，轟擊鋰-6可以自持產(chǎn)生氚，似乎有一種增值堆的味道，但氚的回收與利用仍然難度極大！

在沒有高壓加持的ITER反應(yīng)堆內(nèi)部，想要實(shí)現(xiàn)更高比例的聚變以及自持反應(yīng)，唯一的途徑是達(dá)到超高溫并且保持足夠久的時(shí)間，但隨之而來對(duì)反應(yīng)堆內(nèi)部的超高要求，讓參與ITER建設(shè)的各個(gè)國家焦頭爛額，比如ITER的結(jié)構(gòu)是超導(dǎo)托卡馬克中的等離子體電流高達(dá)千萬安培，扭曲模以及磁島與磁面撕裂問題極其嚴(yán)重，一旦失控輕則熄火，重則可能發(fā)生爆炸！

當(dāng)然磁約束核聚變的另一個(gè)突破口與慣性約束的激光點(diǎn)火核聚變裝置，三者都是難兄難弟，沒有一家達(dá)到商業(yè)級(jí)別，而ITER則在8個(gè)國家將近160億歐元的投入下進(jìn)度最快，也早已實(shí)現(xiàn)核聚變反應(yīng)，但要達(dá)到核聚變商業(yè)運(yùn)行，鬼知道還要多久！但我們對(duì)ITER依然保持信心！

關(guān)于太陽內(nèi)部核聚變的介紹，我們?cè)诤芏鄷r(shí)候都基本是圍繞著“太陽內(nèi)部溫度極高、壓力極大”這兩點(diǎn)進(jìn)行說明，實(shí)際上這并不充分，或者說應(yīng)當(dāng)提及的一個(gè)量子效應(yīng)（量子隧道效應(yīng)）在很多時(shí)候都沒有說明，不過小編在很久之前專門寫過一篇文章進(jìn)行介紹過，下面咱們就簡(jiǎn)單說說。

歷史上，科學(xué)家們對(duì)于太陽如何發(fā)光這個(gè)問題提出過很多假設(shè)，其中最為我們所熟知的就是：太陽是一個(gè)大煤球，在不斷燃燒（這個(gè)觀點(diǎn)在今天看來是非常可笑的），還有一些其它觀點(diǎn)就不再贅述了。

關(guān)于太陽為何發(fā)光，我們現(xiàn)在的理論是認(rèn)為太陽內(nèi)部發(fā)生了核聚變反應(yīng)，而這個(gè)觀點(diǎn)最早是由愛丁頓提出的，不過限于當(dāng)時(shí)所處的年代，人們對(duì)于微觀層面的相互作用理論并不完善，核聚變的這個(gè)理論并不成熟。

但隨著量子力學(xué)的深入研究以及人類在1932年第一次發(fā)現(xiàn)了中子，核聚變觀點(diǎn)有了被解釋的切實(shí)基礎(chǔ)，而這個(gè)努力主要由物理學(xué)家漢斯·貝特完成。他提出了著名的質(zhì)子—質(zhì)子鏈反應(yīng)，氫核聚變?yōu)楹ず耍尫懦鼍薮竽芰浚⑶矣捎诹孔铀淼佬?yīng)的存在，使得質(zhì)子可以在不太高的溫度下，越過勢(shì)壘，與其它質(zhì)子靠近，或者進(jìn)行一些其它過程。

因?yàn)樘杻?nèi)部反應(yīng)區(qū)的溫度就不需要太高，大約在1500萬攝氏度即可（雖然這個(gè)溫度對(duì)于地球上的我們來講依舊是一個(gè)天文數(shù)值）。

對(duì)于這個(gè)觀點(diǎn)，我們可以看到上圖（質(zhì)子—質(zhì)子鏈反應(yīng)），其中除了最主要的聚變外，在這個(gè)過程中還會(huì)釋放出中微子，而為了在實(shí)際情況下檢驗(yàn)太陽核聚變理論是否正確，就可以看看是否能在試驗(yàn)中檢測(cè)到太陽中微子的存在。

而這項(xiàng)試驗(yàn)科學(xué)家們花了大半個(gè)世紀(jì)才完成，直到20世紀(jì)末21世紀(jì)初才確認(rèn)了太陽內(nèi)部中微子的存在。

總的來說，太陽核聚變理論的提出以及完善過程，體現(xiàn)了科學(xué)家們對(duì)自然界堅(jiān)持不懈、認(rèn)真嚴(yán)謹(jǐn)?shù)那笳鎽B(tài)度，實(shí)屬不易。

期待您的點(diǎn)評(píng)和關(guān)注哦！

二戰(zhàn)末期美國投在廣島和長(zhǎng)崎的原子彈讓全人類都直觀感受到了核裂變反應(yīng)的巨大能量，1952年11月1日美國在珊瑚島實(shí)驗(yàn)的“邁克”核彈讓全人類都直觀感受到了核聚變反應(yīng)的巨大能量

然而核彈不論是核裂變還是核聚變都沒有什么太大意義，因?yàn)樗耐Q定了它的威懾性質(zhì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于實(shí)戰(zhàn)性質(zhì)。所以在核武器取得成功后人類開始著手“和平利用核能”，1951年美國建成了第一個(gè)實(shí)驗(yàn)型核電站并輸出了100千瓦的核電，隨后核裂變發(fā)電站如雨后春筍般出現(xiàn)在前蘇聯(lián)和美國。

然而物理學(xué)家們知道核裂變發(fā)電站遠(yuǎn)不是核能的全部，可控核聚變發(fā)電站才是真正能解決人類能源問題的唯一辦法

核裂變發(fā)電站的安全性以及核廢料的難處理性決定了它不可能成為主流能源，而可控核聚變反應(yīng)則沒有輻射沒有污染，只需要從海水中提取氕氘氚就能維持運(yùn)轉(zhuǎn)，最重要的是核聚變的質(zhì)能轉(zhuǎn)化率是0.7%而核裂變只有0.135%，因此上世紀(jì)到現(xiàn)在人類都在攻關(guān)可控核聚變反應(yīng)堆的路上。

太陽其實(shí)就是天然的可控核聚變反應(yīng)堆，氫元素在太陽核心1500萬度高溫和2500億地球大氣壓環(huán)境下的核聚變反應(yīng)讓太陽得以釋放100億年光和熱，而地球上的“小太陽”托卡馬克裝置內(nèi)溫度高達(dá)1億度，但卻遲遲沒有讓核聚變反應(yīng)穩(wěn)定下來。

那么究竟是什么原因造成了低溫太陽能可控核聚變，高溫托卡馬克卻不行呢？

原因在于壓力和體量，人類的托卡馬克裝置的1億度高溫就是為了彌補(bǔ)壓力的不足，畢竟太陽核心2500億個(gè)地球大氣壓的環(huán)境是現(xiàn)在的我們遠(yuǎn)無法模擬出來的，而且構(gòu)成太陽的氫元素質(zhì)量占到了太陽系總質(zhì)量的99.86%，人類充其量只能用海洋中的氫來聚變。

在托卡馬克裝置的體量和壓力遠(yuǎn)不及太陽的情況下，想要讓氫元素穩(wěn)定的進(jìn)行可控聚變反應(yīng)就必須用高溫來維持。

在核反應(yīng)發(fā)現(xiàn)之前，人們只知道化學(xué)反應(yīng)，化學(xué)反應(yīng)的本質(zhì)就是構(gòu)成分子的原子或者原子團(tuán)的重新組合，即一個(gè)原本的分子被拆開，然后合成新的分子，在這個(gè)過程中就會(huì)有化學(xué)鍵的斷裂和合成，化學(xué)鍵斷裂和合成的過程就會(huì)吸收和釋放能量。

如果按照舉一反三的思路，原子比分子更小，原子如果可以再分，那么原子拆開和組合的過程也可以釋放能量，這個(gè)猜想是對(duì)的，但是原子拆分成電子和原子核吸收和釋放能量并不是什么明顯，當(dāng)時(shí)的物理學(xué)家也沒有繼續(xù)深入的猜想，因此也沒有意的發(fā)現(xiàn)核反應(yīng)。

核反應(yīng)大致分為兩類：核裂變和核聚變。

雖然抬頭看見的太陽就是核聚變反應(yīng)，但是太陽離地球太過遙遠(yuǎn)，人們最先發(fā)現(xiàn)的是核裂變，從核裂變得到啟發(fā)后才開始核聚變，后發(fā)現(xiàn)核聚變的另一個(gè)原因是核聚變的條件非常苛刻：高溫和高壓，地球上很難創(chuàng)造這樣的反應(yīng)環(huán)境。

核聚變反應(yīng)為什么難發(fā)生呢？

庫侖力是存在于帶電體的普遍的力，原子核帶正電，這樣兩個(gè)原子核之前就存在著斥力。

原子核的之間還存在著核力，核力是吸引力，這也是原子核能夠穩(wěn)定存在的原因，但是核力作用范圍很短，要求兩個(gè)原子核距離近到10^(-20)米，但由于庫侖力的存在，原子核不可能靠的這么近。

創(chuàng)造條件發(fā)生核聚變反應(yīng)

原子核就那么小，大小僅有10^(-15)米，原子的體積大小是原子核的10^(15)倍，也就是說偌大的原子，原子核僅僅占了一點(diǎn)空間，讓兩個(gè)原子核距離小于10^(-20)米，和在海洋里放小魚，等兩條小魚碰撞到一起的概率是差不多的。

為了讓原子核距離靠的近，就需要準(zhǔn)確碰撞，稍微偏一點(diǎn)就會(huì)因?yàn)閮烧咧g存在斥力而擦肩而過。

核物理學(xué)家想了一個(gè)方法，首先讓原子核燥起來，通過高溫加熱，微觀粒子的熱運(yùn)動(dòng)變得劇烈起來，但這還不夠，還需要增加原子核的密度。

核聚變反應(yīng)有個(gè)勞遜條件，根據(jù)勞遜條件，原子核密度增加十倍，核聚變發(fā)生的概率就增加一百倍。

太陽中心不僅有著1500萬攝氏度的高溫，還有著2.33*10^16 Pa 的壓強(qiáng)，地球上任何實(shí)驗(yàn)室都無法創(chuàng)造出如此高的壓強(qiáng)環(huán)境，這也是太陽內(nèi)部雖然溫度較低，但能夠發(fā)生核反應(yīng)的原因。

總結(jié)一下

太陽依靠?jī)?nèi)部極高的壓力，彌補(bǔ)了溫度上的欠缺，從而保證了核反應(yīng)的進(jìn)行。

今天的科普就到這里了，更多科普歡迎關(guān)注本號(hào)！

1952年11月1日美國在珊瑚島試爆的“邁克”氫彈威力達(dá)到了1000萬噸TNT當(dāng)量，人類從此便開始致力于將不可控的氫彈變成可控的核聚變反應(yīng)堆

從上世紀(jì)開始到今天，世界各國和組織都在攻關(guān)可控核聚變技術(shù)并把它當(dāng)做解決人類能源問題的終極辦法，代號(hào)LTER的商業(yè)核聚變實(shí)驗(yàn)堆目前已經(jīng)可以生成超過1億度的高溫，但由于種種問題卻始終無法將其長(zhǎng)時(shí)間保持，可控核聚變技術(shù)一時(shí)陷入了僵局。

然而在1.5億公里外的太空中就有一個(gè)天然的可控核聚變反應(yīng)堆“太陽”，并且太陽核心的溫度只有1500萬度，那么為什么一億度高溫的LTER沒有實(shí)現(xiàn)可控核聚變，1500萬度的太陽核心卻實(shí)現(xiàn)了呢？

答案在于太陽核心除了有1500萬度的高溫外，還擁有2500億個(gè)大氣壓的超高壓，如此巨大的壓力使得內(nèi)部氫元素間的強(qiáng)互作用力克服了庫倫障壁實(shí)現(xiàn)了“量子隧穿”效應(yīng)，這意味著太陽核心的“等離子湯”中氫原子核可以憑借量子隧穿實(shí)現(xiàn)“溫和”核聚變反應(yīng)。

然而地球上托卡馬克裝置內(nèi)部的壓力遠(yuǎn)不足以讓氫元素克服庫侖力來進(jìn)行溫和聚變，因此人類只能用超高溫與磁約束來維持核聚變反應(yīng)并將它隔離。

盡管人類對(duì)于太陽核聚變反應(yīng)的全過程已經(jīng)十分清楚，但在托卡馬克裝置內(nèi)還原可控核聚變還是會(huì)遭到諸如材料等一系列問題，因此還出現(xiàn)了一句話叫“距離可控核聚變實(shí)現(xiàn)永遠(yuǎn)只有50年”

按照目前各國聚變堆的研制進(jìn)度來看，2050年前后就能出現(xiàn)商用聚變堆