太阳一直是一个奥秘 ， 没人能指出是 什么在给它提供能量 ， 在19世纪 ， 有一些科学家认为这个可以用地心引力解释 。 太阳是一个巨大的充满大气和沙尘的物体 。 而且这个可能会在引力的逼迫下释放热量而倒塌 。 这就解释了为什么太阳很热但没有解释为什么太阳已经热了这么久 。 直到我们对原子有了一个模型之后一张清晰的照片才浮现出来 。 在每个原子的中间有一个由质子和中子组成的原子核 。 质子带正电 ， 这就是一个问题电荷将它们分开了 。
电力正试图撕碎原子核但是还有一个强壮的力量让它们在一起这就是中子的力量 。 中子的力量让质子和中子在一起 。 这不会真正影响一对质子或一对中子 。 为了让所有的都结合在一起只需要有一个质子和中子的正确组合 。 很多的质子和中子在土崩瓦解 。 但是当你知道一个正确的组合时 ， 你产生了一个核反应 。 核反应和化学反应有在很多方面有很多相似的地方 。 有一些化学的反应组合更稳定 。 当你形成一个稳定化合的时候你制造了能量 。
比如当你用氢气和氧气制造水的时候这是一个很稳定的化合同时你在制造能量 。 同样 ， 两个氢原子组成一个氦 ， 这是一个更稳定的化合而且产生了能量但是核反应和化学反应不同 。 核反应比化学反应难产生 ， 需要更多的能量而且这还包括中子的化学反应这个反应是我们日常生活的一部分 ， 但是核反应不是这样 。 这个原因是核力只作用于短距离 。 质子全带正电 ， 所以如果你想要氢原子在一起只需要让他们相互排斥 。 如果想让他们更近 ， 他们就需要排斥更厉害 。 当距离很近的时候核力才开始表现 。
通常情况下 ， 原子核从不会彼此靠近 。 只有在高压和高热的条件下 ， 原子核才会发生碰撞 。 而且这种情况仅仅发生在如太阳或核弹内部这种巨大的物体的中心 。 中子在核反应中非常重要 ， 但对于化学反应而言却无关紧要 。 氢核就是这样 。 就化学目的而言 ， 我们可以不考虑中子 。 但是对于核反应 ， 我们就得注意了 ， 必须跟踪它们 。 这是一个氢-1核 ， 这是一个氢-2核 。 其中末尾数字是质子和中子的总数 。 如两个质子和一个中子产生氦-3 。 两个质子和两个中子产生氦-4 。 氢-2也被称为氘 。 核反应非常强大 。 让我们再看向两个反应 。 一个化学反应释放5 eV的能量 。 一个核反应释放2400万eV的能量 。 因此 ， 核反应的能量相当于化学反应的500多万倍 。
仅一磅重的氘带有的能量就足够给10,000户家庭供电一年 。 这是一种近乎疯狂的能量 ， 这就是为什么太阳如此明亮 ， 核弹如此可怕 ， 以及科学家数十年来一直致力于聚变动力却收效甚微的原因 。 在这里 ， 我们需要谈论另一种核力量 。 我们一直在谈论强核力 ， 但同时也存在有弱核力 。 强力能将原子核结合在一起 。 而弱力则能导致放射性 。 之所以称为弱力 ， 是由于它作用缓慢 。 弱力会导致质子和中子转换身份 。 质子可以变成中子 ， 中子可以变成质子 ， 称作β衰变 。 中子比质子重一点 。 这意味着一个自由中子可以通过损失一些质量变成质子 。 但是 ， 除非质子靠近其他粒子 ， 否则它不会变成中子 。 该过程之所以称为β衰变 ， 是因为它是放射性元素衰变的方式之一 。 现在事实证明放射性可以减慢 。 想象一下 ， 您有一个装满铀235原子的盒子 。 最终 ， 铀原子都会全部变成铅 ， 但是并不急于一时 。
如果想让你身体内一半的铀原子衰变为铅原子 ， 那你要等七亿年 。 放射性活动不止包括β衰变 ， 实际上远比这更多 ， 但关键是β衰变可以是一个缓慢而随机的过程 。 现在我们已经有足够的背景来解释太阳是如何发光的 ， 这个问题在上个世纪三十年代由汉斯贝特解决 。太阳大部分是由一价氢原子也就是质子构成 。 太阳内部相当炎热和拥挤 ， 因此这些质子会发生碰撞 。 但是这并不会导致核反应 ， 因为没有中子 。 大部分时间 ， 两个质子碰撞会立即飞离 ， 不会产生能量 。 但是在非常罕见的情况下 ， 也是有可能发生β衰变的 。 在两个质子碰撞时 ， 其中一个经历β衰变变成中子 ， 另一个变成二价氢原子 ， 同时释放出大量的能量 。 二价氢原子核继续到处移动 ， 当它碰到一个质子时转变为三价氦原子 ， 并释放大量的能量 。
【原子|天文小科普：太阳是如何发光的？】
在这样的过程中 ， 太阳内部产生越来越多的三价氦原子 。 当两个氦原子碰撞时 ， 它们会形成更好的四价氦原子组合 ， 释放大量的能量 。氢转变为氦需要三步 ， 首先 ， 两个质子经过一次β衰变结合为氘 ， 接着再增加一个质子变为三价氦 ， 最后两个三价氦碰撞产生四价氦 ， 余下两个质子 。 第一步是最慢的 ， 因为我们需要等待β衰变的发生 。 对于一个位于太阳中心的普通质子来说 ， 平均每十亿年才会发生这一情况 。 相比而言 ， 第二步的发生只需要四秒 。 在最后一步 ， 想要找到另一个稀有的氦原子核需要四百年 。这些原子反应是太阳巨大能量的来源 ， 太阳是最终的能量来源 。 太阳加热空气 ， 产生了风；加热水 ， 产生了雨 ， 因此我们可以水力发电 。 阳光是生活的基础 。古时候阳光的能量被储存进大地 ， 给予我们化学燃料：煤、石油和天然气 。 实际上 ， 世界上所有的能量最终来源不是太阳就是核能 。
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