问题：太阳核心温度只有1500万度，远达不到1亿度的温度环境，为什么还能发生核聚变？

这个问题是需要有一些科学素养的人才能提出的，因为起码要知道地球上可控核聚变要达到1亿℃高温，而太阳内部核聚变只有1500万℃。

这个问题的潜台词是，在地球上需要1亿度温度才能实现可控持续核聚变，太阳中心温度只有1500万度，为什么能够让核聚变持续进行呢？明确了问题的内涵，才能够有针对性地回答。

下面就请耐着性子听时空通讯给你细细道来。

什么叫核聚变？恒星核聚变能量怎么来的？

核聚变就是核融合，简单地说，就是一个原子核和另一个原子核，在特种条件下能够挤压在一起，这样两个或更多的原子核就融合在一起，形成了一个更大更重的原子核。新的更重的原子核里面的质子数，比原来的原子核增加了，因此再也不是原来的原子核了，就成为一种新的物质。

在原子核的融合过程中（这里主要是指氢核聚变），并不是所有的质量都能够全部转换成另一个原子核，而是会有约0.7%的质量亏损，这部分质量以光子形式转化为能量辐射出去，这就是核聚变的巨大能量来源。

恒星都是由星际分子云（简称星云）收缩而成，星云的主要成分就是氢和氦，其中氢占据体积的90%，质量的70%以上。因此所有恒星最开始的核聚变都是氢核聚变，是由4个氢原子聚变成1个氦原子。

4个氢原子的原子量为4.0292，1个氦原子的原子量为4.0015，可以看出核聚变后质量少了0.0276的质量单位，约占聚变原子量的0.69%。这部分亏损的质量哪里去了呢？原来是以光子形式转化为能量，经过复杂的辐射、对流等方式，一路磕磕碰碰的到达恒星表面，最终辐射到了太空，这样我们就看到了发光发热的恒星。

在太阳核心，每秒钟约有6亿吨的氢，转化为约5.958亿吨的氦，则亏损的420万吨质量就转化成了能量。这里要用到爱因斯坦的质能方程，这个方程的表达式为：E=MC^2，其中E为能量，单位J（焦耳）；M为质量，单位kg（千克）；C为光速，这里取值约300000000m/s（米/秒）。

根据爱因斯坦质能方程计算，每秒钟释放的能量达到3.78*10^26J（焦耳）。这是多大的能量？就是每秒钟相当爆发9万亿颗广岛级原子弹。我们地球能够得到这些能量的22亿分之一，也就是约1000万座三峡大坝的持续不断发电量，每秒钟约4000颗广岛原子弹同时爆发的能量。

核聚变的条件。

我们知道，原子是由原子核和核外电子组成的。实际上原子是一个很小的核被1个乃至若干个电子包裹着，这些电子按能级不同，在不同的层次围绕着原子核，以电子云状态包裹在原子核外面。因此整个原子就像一个大篮球，篮球外面这层皮就像原子外围电子云形成的外壳，而原子核就像篮球中心一粒小米。

有了这个坚硬的外壳，中间的小米粒是很难接触到的。要打破这个外壳，只有两种方式，一种是高温，一种是高压，通过这两种方式把这个外壳剥离，才能够露出中间的“小米”~原子核。

热核聚变的主要条件是高温，高压则能够让核聚变变得更剧烈和长久持续。这个高温要多少呢？其实要驱离原子外围电子并不难，只要几千摄氏度高温就能做到，我们看到的等离子体就是电子被驱离了原子核，形成带负电的电子团和带正电的核子搅和在一起的电浆。

但驱离了电子外壳，原子核裸露出来后，并不会自动产生融合。因为原子核带正电，我们都知道同性相斥，同样带正电的原子核是相互排斥的，要让它们结合在一起必须克服它们之间的库仑势垒。温度越高，或压力越大，原子核的动能就越大，这样这些赤裸的原子核相互碰撞机会就越多，碰撞的力度就越大，穿越库仑势垒，形成所谓量子隧穿效应核子就越多。

只有大量的核融合，得到的核聚变能量才有价值。

形成可控核聚变的温度要多高呢？

其实也不要多高，几万度几十万度几百万度都可以，问题是温度越高，压力越高，原子核动量越大，赤裸着的原子核相互碰撞的机会就越多，核融合的速度就越快。只有足够多的原子核融合在一起，核聚变的能量才能够达到足够大，形成维持核聚变的自持燃烧，也就是无须输入能量就可以持续反应，这样才能够将核聚变源源不断的能量输出利用。

地球上无法形成太阳那样的巨大压力，就只能在温度上做文章了。这就是在地球上5000万度也能够进行氢核聚变，1亿度也能够进行的道理。但问题是温度较低时，无法形成自持式燃烧，以至于能量入不敷出，反应得到的能量还不如输入加热所需的能量多，这种核聚变于人类有何用呢？因此在地球上就需要1亿度高温，才能够让氘核聚变（氢的同位素）持续进行，并得到能量输出造福人类。

核聚变要解决的关键问题是，世界上没有任何容器能够耐受1亿度高温，要约束这么高温度的等离子体，主要只有三种方式，就是重力约束、惯性约束、磁约束。太阳核聚变是重力约束方式，氢弹爆炸是惯性约束方式，今天就不展开说这些了。

现在世界各国采取的可控核聚变实验主要采用磁约束，这种装置叫托卡马克装置，原理就是用线圈绕成一个真空室，中心产生强大磁场，让核聚变反应的超高温等离子体，在这个磁场形成的真空室约束下进行，然后通过复杂的装置，将热能引到外面，转化为电能等能源，供人类使用。

人类可控核聚变实验了几十年，进展十分缓慢，现在已经实现了能量的正输出，也就是出大于入，但时间还不能维持多久。中国在这个领域处于世界领先地位，最长放电时间达到了1000秒。

太阳的核聚变是靠温度和压力的共同作用。

太阳中心核聚变是重力约束形式，是依靠太阳质量形成的强大引力压力，使核心温度升到1500万度，压力达到3000亿个地球海平面大气压。在这种温度和压力的合力下，让氢核裸露出来，相互发生剧烈碰撞，形成自持而源源不断的核聚变。

当核心的氢烧完后，核聚变就会停止，这样就没有了巨大辐射压来抵御太阳巨大引力压，外围物质就会急速向中心塌缩。在这种巨大压力挤压下，太阳核心温度就会骤然升高到2亿摄氏度，这时就达到了激发氦核聚变的温度和压力，随后会一直到把核聚变升级到碳6为止。

氦核聚变以氦闪的形式很快完成，巨大的辐射把太阳膨胀成一颗红巨星，半径达到现在的200多倍，这个太阳吞噬了水星和金星，边缘会到达了地球附近，地球或被吞噬或被烤焦，那时如果地球上还有观测者，就会看到覆盖着整个天空的巨大太阳了。

这时候，太阳引力再也没有办法束缚住外围的气体物质，这些气体物质渐渐消散在太空，成为新的分子云。而太阳核心会留下一个致密的碳核，这就是黄矮星的尸骸~白矮星，体积只有约地球大小，但质量至少有半个太阳以上，密度达到1~10吨/cm^3。

恒星核心核聚变激烈程度与质量成正比。

恒星越大，核心温度越高，压力越大，核反应就越剧烈，燃烧物质的速度就越快，因此寿命就越短。像太阳这样的黄矮星，寿命约100亿年，现在太阳年龄已经约50亿岁，再过50亿年就会寿终正寝；迄今已知最大质量的恒星叫r136a1，其质量为太阳的200多倍，据科学测算其寿命只有约300万年，现在已经170万岁了，再过130万年，就会发生超新星大爆炸，硝烟散尽，中心会留下一个约20倍太阳质量的黑洞。

比太阳小的红矮星，质量最小必须有太阳的8%，中心压力和温度才能够达到核聚变要求，但这种核聚变比太阳核心要温和多了，因为这种恒星中心温度和压力要小很多，这样核心燃料消耗就慢很多，寿命就会很长，达到万亿年以上，甚至会与宇宙共存亡。它最后的结局是烧完核心的氢就熄灭，渐渐冷却成为黑矮星。

现在宇宙寿命才有138亿年，因此还没有一颗红矮星熄灭，宇宙中还没有发现任何黑矮星。宇宙中红矮星最多，大致占有整个恒星总量的80%以上，而我们太阳这种质量左右的恒星只有不到10%，大质量恒星很少，不到5%。

恒星质量不同，核聚变实现的层次不一样。

恒星核聚变是有层次的，从氢核聚变开始，可以一直到26号元素铁，也就是有26个层级的核聚变。每一个层级的核聚变完成后，星体就会来一只坍缩，形成中心更大的压力和更高的温度，激发下一个层级的核聚变。

恒星能够实现哪一级核聚变，完全与恒星质量成正比。质量越大，核聚变层次就越高。红矮星核聚变只能完成氢核聚变，太阳这样的黄矮星可以到6号元素碳结束，比太阳质量大8倍以上的恒星，最后可到达26号元素铁结束。

再大的恒星核聚变也只能到铁结束，这是因为铁是最稳定的元素，也是最吝啬的元素，无论核裂变还是核聚变都不会释放出能量，只会吸收能量，这样，老年的恒星已经没有能力来催化铁的核聚变了。

但大质量恒星核聚变到铁结束后，剧烈的坍缩会导致热核失控，形成超新星大爆发，导致的万亿度高温和极大高压，会聚合出比铁更重的元素，让我们宇宙就有了现在已知的118种元素。

所有的重元素都是通过聚变得来的。

这一点，早就已经通过人工合成元素得到了证实。在现在已知118种元素中有26种人造元素，都是在加速器、强子对撞机等设备里，通过将某个轻原子核加速到接近光速，轰击某个重原子核，让他们融合成更重原子核得来的。

这本质上也是核聚变，也是通过高温高压形成的，但这种核聚变只是原子级，极高温度和极高压力只是在碰撞的那一瞬间，这种“一瞬”只能用纳秒、飞秒计，没有极为精密的科学仪器是检测不到的。而且这种核聚变完全是依靠巨大能量输入得到的，无法形成人类需要的核聚变能量。

这就是恒星核聚变与地球核聚变温度要求不一样的原因，谢谢阅读，欢迎讨论。

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