氢弹打败了太阳？

王明广

在人类看来，太阳简直就是一个巨大的能量输出体。在其中心到0.25倍太阳半径的范围内，每时每刻都在进行着四个氢核聚变成一个氦核的核聚变反应，这个区域也称为太阳的核反应区。在这里，每秒钟有6000亿千克的氢经过热核聚变反应为5960億千克的氦，并释放出相当于40亿千克的氢的能量（通过E=mc2将质量转化为能量）。剧烈的核反应使得太阳核心处温度高达1500万摄氏度，其压强也达到了2000亿个大气压。人类目前已知的熔点最高的物质Ta4HfC5（五碳化四钽铪）的熔点为4215摄氏度，这意味着任何我们熟悉的物体，放到太阳的核心，都会被烧得“连灰都不剩”，这真是令人恐惧。

不过令人意外的是，在制造高温的能力上面我们居然可以打败太阳，并且用的还是同样的方式。这是什么情况呢？

这和一种超级武器——氢弹有关。原子弹利用的是核裂变的原理，而氢弹和太阳一样，利用的都是核聚变的原理。核聚变的能量是比核裂变要大得多的，差距能达到两到三个数量级。但是核聚变可比核裂变难实现多了，由于核裂变的重原子本身具有衰变的性质，使其发生裂变所需的条件并不苛刻。但是核聚变需要将较轻的原子拆离并重新组合成较重的原子。不管是将原子拆离，还是将原子结合，都需要巨大的能量，还需要反应满足一定的高温、高压的条件。所以，氢弹内部都需要有小型的原子弹，原子弹爆炸产生极高的温度和压强，从而将氢弹引爆，产生更高的温度。

令人惊讶的是，据苏联还有美国早期氢弹实验的报告显示，氢弹产生的温度能高达2亿摄氏度甚至3亿摄氏度，是太阳核心温度——1500万摄氏度的几十倍！氢弹真的能和太阳相比？以冷战期间苏联所制造的名为“沙皇炸弹”的氢弹为例，“沙皇炸弹”是有史以来人类所引爆过的最强大的氢弹，也是迄今为止人类制造出威力最大的氢弹，它的爆炸当量相当于6000万吨TNT（二战中“小男孩”原子弹的爆炸当量仅为1.5万吨TNT），它释放出了2×1017焦耳的能量。不过，这和太阳相比就是小菜一碟了，太阳一秒钟释放的能量就有4×1026焦耳，是沙皇炸弹释放总能量的20亿倍，这能量的绝大部分就是来自于太阳核心的核反应区。

但为什么太阳产生的温度比氢弹产生的温度小得多呢？其实，虽然太阳发生核聚变的场所只位于太阳核心的部分区域，且这部分区域只占太阳体积的1%。但这个1%也不可小视——太阳的直径大约是140万千米，是地球直径的100多倍，所以其体积大得惊人——为地球的130万倍，所以1%的太阳体积相当于1.3个地球那么大了。所以太阳所产生的能量是分布在巨大的体积上的，这导致了太阳核心所释放的能量密度并不比沙皇炸弹所释放的能量密度大——太阳核心平均每立方米每秒钟释放出相当于3×10-18 千克质量的能量，但是燃料都位于1立方米内的沙皇炸弹，瞬间就将超过2千克质量的物质转化为了能量。可见，氢弹产生的温度比太阳还高是可以理解的。