为什么没有天然的钚,钚是天然的还是人造的

首页 > 生活和情感 > 作者:YD1662023-04-17 04:06:28

今天谈宇宙。

人类的文明有多么的低级,未来的发展空间有多么的广阔,我举一个例子就能解释清楚了。

在宇宙中,98%的质量由核聚变燃料组成,但人类却无法利用丝毫。

理论上,比铁轻的元素,都可以核聚变,但最容易核聚变的还是氢和氦。

越重的元素,聚变越难,释放的能量越低。

所以人类目前能掌握的,是氢弹,而不是氦弹或者氧弹。

因为氢聚变最简单最容易。

在地球中,氢的质量占比很低,仅占据地球质量的0.14%,而氦就更少了,直接被列为稀有元素。

但在整个宇宙中,氢和氦占据了总质量的98%,大概是氢3氦1的比例,其他所有元素加起来才只有2%。

是地球和宇宙不同,而不是宇宙和地球不同。

比方说在木星中,根据伽利略号探测器在1995年的探测结果,氢占比75%,氦占比25%,合计占比100%,整个就是一气态行星。

也许木星深处会混杂点其他重元素,但伽利略号探测不到,能看到的地方100%都是氢和氦。

为什么宇宙中有这么多的氢和氦?

其实不多,因为在宇宙大爆炸之初,夸克结合成原子时,形成的全部都是氢。

氢,乃元素之母,所有的重元素都是由氢聚变而来。

在大爆炸的一瞬间,就有一部分氢被聚变成了氦。

因此,大爆炸之初,整个宇宙是由75%的氢和25%的氦组成,其余的元素为零。

科学家是咋知道氢和氦在宇宙之初是3比1的,为什么不是4比1?

根据木星的探测结果猜出来的,仅此而已。

经历了一百多亿年的聚变燃烧,宇宙中已经有1%多一点的氢和氦没了。

所以98%的质量占比真不多。

所有的恒星,都是由99%以上的氢和氦组成的。

当成型之后,在巨大的质量引力下,恒星内部产生了高温高压的条件,让一部分氢和氦产生了聚变反应。

聚变产生的大量能量,让恒星内部对外界产生了巨大的辐射,这也是恒星能发光的原因。

恒星内部聚变产生的巨大对外辐射压,恰好对冲了质量引发的对内坍缩压力,这就是恒星能在巨大自身引力下,没有把所有的氢和氦都压缩成一个球的原因。

恒星在聚变过程中,轻的元素会不断聚变成重的元素。

锂是哪来的?氧是哪来的?碳是哪来的?铁是哪来的?

不是天上掉的,都是由氢元素合成的,或者说是聚变成的。

人类目前发现了一百多种元素,追根寻底都是氢变的。

但是聚变是有限制的,越重的元素越难聚变。

你像太阳,由于质量不足,内部无法形成足够的温度和压强,所以氢原子最多只能聚变成碳,更重的钠镁铁等元素都无法聚变出来。

以太阳的质量,只能在核心形成1500万K的温度和3000亿个大气压强。

但碳聚变,需要10亿K温度,因此需要至少4个太阳以上的质量才可以进行碳聚变,把碳聚变成氧、氖、镁。

而想聚变成铁,需30亿K的温度,这需要8倍太阳质量以上。

既然太阳只能聚变出碳,那地球上为什么会有钠镁铁?

因为太阳不是太阳系的一代恒星,之前还有老一代恒星,成功聚变出铁之后爆炸了而已。

爆炸之后的尘埃里,新一代的恒星和行星慢慢形成了,也就是今天的太阳。

地球含有铁元素,但太阳的质量不足以聚变出铁,这就是太阳系在太阳之前至少还有一个恒星的证据。

不过这里大家也不要误会,之前的老一代太阳,寿命和目前的太阳是不一样的。

越大的恒星,寿命越短,因为燃烧的速度越快,最短的恒星寿命甚至只有十几万年。

等恒星聚变出了自己的元素上限,那么这个元素就会慢慢沉淀到恒星的核心,形成一个重元素核。

比如太阳,未来会形成一个碳核,而之前的老一代太阳会形成一个铁核。

此时,由于星核的温度和压强没办法让其进一步聚变,所以星核会逐渐开始停止聚变反应。

这下出大事了。

因为恒星巨大的质量引力是无时无刻都存在的,平时完全靠内部对外的辐射压才保持平衡。

一旦内部的聚变反应开始停止,辐射压就无法抵抗万有引力,整个恒星就开始迅速向内坍塌。

坍塌成中子星或者白矮星后。

无穷无尽的引力,导致恒星内部的温度和压力无止尽上升。

最终,恒星爆炸,形成超新星,将大量物质抛射向宇宙,部分质量留在核心继续坍塌,最终形成黑洞。

整个银河系,每50年就会有一颗恒星爆炸,放一个超大的爆竹。

超新星的爆炸是非常有意义的,因为恒星聚变最多只能生成铁.

铁,是一个非常特殊的元素。

比铁小的原子,只能聚变不能裂变,但聚变的时候会放出能量。

比铁大的原子,只能裂变不能聚变,但裂变的时候会放出能量。

铁原子就厉害了,这玩意既可以向上聚变也可以向下裂变,但每一种都需要吸收大量的能量,坚决不放出一点能量。

为什么没有天然的钚,钚是天然的还是人造的(1)

别问我为什么铁这么特殊,科学家都不知道,只知道这玩意就是这么特殊。

因为铁元素会吸收能量,因此所有的恒星聚变到铁这一步,都会让内部的聚变反应停止,辐射压和引力失衡,导致迅速的坍塌和爆炸。

但是在超新星爆炸的同时,会在一瞬间释放出前所未有的巨大能量,温度和压强增大到一个恐怖的地步。

在这一瞬间,无数铁原子被强行聚变成了很多重元素。

元素周期表里有118个元素,铁排第26位,第27位之后的所有天然重元素,都只能在超新星爆炸这样极端的环境里产生。

目前,非人造天然元素总共94个,最重的3个是铀、鎿、钚,再向上的都是人类利用核反应制造出来的人工元素。

越重的元素,越容易裂变。

所以美国的第一代原子弹,是以钚作为原材料的,因为钚裂变最简单。

但钚的毒性大,生产成本高,需要极其复杂的生产堆和后处理厂才能实现批量生产,而地球上鎿的数量太少,所以在技术进步后,人类开始使用铀作为原子弹的材料。

为什么没有天然的钚,钚是天然的还是人造的(2)

实际上,只要比铁重的元素,都能裂变,都可以做原子弹,只不过人类目前还没有那个技术而已。

就好像聚变,人类也只能利用最轻的氢元素。

实际上,比铁轻的都能聚变。

流浪地球这部电影中,就采用了“烧石头”的办法来推动行星发动机。

所谓烧石头,就是把石头里面的硅和氧聚变成铁,在这个过程中释放出大量的能量,然后把铁变成等离子体后以极高的速度喷射出去来推动地球移动。

理论上,这是可行的,但其技术对于今天的人类而言也只是个理论而已,因为我们连可控氢聚变都没有掌握。

氢和氦,是宇宙中最常见的能量来源。

为何在地球,氢的含量只有0.14%,而氦的含量接近于百分之零,难道地球是一个能量贫乏之地?

话也不能这么说。

地球上没有氢的原因,是因为氢太轻了,地球引力很难捕获氢气,这玩意会缓慢的逸散到太空之中。

现在地球上之所以还有点氢,完全是因为氧是地球含量第一的元素,氧和氢气结合成了水,固定在了地球上,大气中是几乎不含氢的。

至于氦成为了地球稀有元素,这就更好理解了,氦是惰性元素,是人类目前已知最高冷最不活波的元素,几乎不和任何其他元素反应,只能以氦气的形式存在。

氦气虽然比氢气重一点,但还是很轻,一旦到了大气中,很快就全部逸散了,不会保存在地球上。

地球上现存的氦气,都是以前固定在地壳中,混在天然气矿里的,开采出来一点少一点,且不可再生。

在地球形成之初,氢气的含量肯定是接近75%,氦气的含量肯定是接近25%,其他重元素估计合起来不到1%,和今天的木星一样。

但如今,地球只剩这1%了,其他的99%都已经逸散掉了。

逸散掉的氢和氦哪去了?

都被太阳的引力给捕获了。

根据光谱分析,目前宇宙中的氢和氦占比达98%以上,其中绝大部分都在恒星那里。

地球上氢和氦的含量很少,但太阳系不是这样。

太阳系99%的质量,都在太阳这颗恒星身上,其他所有的行星加起来只占1%的质量。

而太阳,基本由氢和氦组成。

惊讶太阳的质量之大么?

别惊讶,因为整个银河系有4000亿颗恒星,而所有的恒星都围绕一个核心在转,理论上这个核心应该具备全银河系99%的质量。

科学家把银河系的核心,称之为巨引源。

理论上说,这应该是一颗巨大无比的星体。

但前面分析过了,恒星越大,死的越快,目前科学家观测到的最大恒星,十几万年就燃烧殆尽了。

所以巨引源不可能是恒星。

而且,那里也确实没有任何光,观测不到任何东西,看起来是好像一片虚空,但明显有巨大到恐怖的引力。

人类所有的黑洞学说、暗物质学说,都是用来解释这个巨引源的。

那里究竟是一个超大黑洞,还是暗物质,未来的人类会慢慢探索。

这和今天的人类没有关系,因为目前人类连星际旅行都做不到,一辈子都到不了银河系中心,连发射几个自*飞船试探核心的能力都没有。

人类想要进行星际旅行,能够利用核聚变的能量,这是最基础的一步。

但人类目前的主能源,依然是化石能源,靠烧石油和煤炭来驱动人类文明,这种能量水平永远不可能进行星际旅行。

宇宙中的氢氦燃料,是无穷无尽的,只要人类掌握了核聚变技术,就永远不用担心能量问题。

宇宙燃烧了100多亿年,才燃烧了1%的氢和氦,人类不需要担心宇宙寿命的问题。

拥有聚变技术后的宇宙飞船,只需要在船头装一个漏斗状的捕获装置,就可以搜集宇宙尘埃作为核聚变燃料,从而实现无止尽的飞行,还能顺便避免宇宙尘埃撞击飞船。

为什么没有天然的钚,钚是天然的还是人造的(3)

实际上,在真正的宇宙航行中,最不值钱的就是能量,因为核聚变的燃料真的全宇宙都是,全宇宙98%的质量都是可以拿来当核燃料的。

只不过,人类目前还没有技术利用而已。

掌握可控核聚变,才算成为了宇宙里的婴儿文明。

因为整个宇宙都是靠核聚变来获取能源的,而目前的人类不是。

作者:远方青木(YFqingmu)

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