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氢核融合
- 1. 氢核融合：質子–質子鏈(proton-proton chain) 1. 融合過程 氫核即為質子。縱然在高溫的太陽核心，因受強大的靜電斥力的限制，質子–質子 對撞而融合為氘(2H)的機率非常的低，據估算每個質子融合的速率約為 5*10-18 1/ 秒，是個非常緩慢的過程，但太陽核心有近 1056 個質子，故每秒仍有近 1039 個質 子完成融合。 氫融合為氦的主要流程為 1 H + 1H →2H + e+ + υe(微中子) 2 H + 1H →3He + γ 3 He + 3He →4He + 2 1H。 淨反應可寫成 4 1H →4He + 2 e+ + 2 υe(微中子) + 能量。 正電子(e+)與一般電子相遇後，相互湮滅產生二個 X 射線，故氫歷經質子–質子鏈 的融合反應，可以簡單的表示成
- 2. 4 1H →4He + 2 υe(微中子) + 能量 而此處所產生的微中子屬於電子家族，故又常稱為電子微中子(electron neutrino)， 微中子為電中性，至於其靜態質量為零或近乎零，仍是物理學與天文學的重要懸 案。 2. 質量與能量等效 氦的質量較四個單獨的氫之質量小，由愛因斯坦的質–能公式告訴我們 ΔE = Δm c2 c 為光在真空中的傳遞速率，也就是〝損失的質量轉變成能量的釋出〞。 4 個氫核的質量= m4H = 6.693*10-27 kg 1 個氦核的質量= mHe＝6.645*10-27 kg 在氫融合過程的質量損失=Δm = 0.048*10-27 kg， 相當於有近 0.72% 的質量損失。而一次氢核融合所釋出的能量為 ΔE ＝Δm c2 = (0.048*10-27 kg)*(3*108 m/sec)2 ＝0.43*10-11 J ＝1*10-12 卡 一公克的氫約有 6*1023 個氫核，每一次氢核融合用掉 4 個氫核產生 1*10-12 卡的能 量， 所以 1 公克的氫在核融合過程中可產生 (6.02*1023/4)(1*10-12 = 1.5 * 1011 卡 如以這一公克的氫進行核融合來煮沸冰水，每一公克的水從 0℃增高到 100℃的沸 水需要 100 卡的熱量， 所以 1 公克的氫在核融合的過程中所產生的能量可將 1500 公噸的水煮沸！ 資料來源：成大物理系天文實驗室<天文學概論網頁> http://www.phys.ncku.edu.tw/~astrolab/e_book/