零 引言 现在 我已经成为了死神 世界的毁灭者 ----- 欧本海默 在原子弹爆炸後引用的一段经文 我不知道用这段当引言好不好 不过 人类文明的演进和利用能源的形式 是有很大的关系的 而对宇宙间基本原理的了解 使得人类可以去慢慢利用 这种强大的力量 乡民常说:"已知用火" 也许 核能是人类梦寐以求的普罗米休斯之火吧! ==============以上废话 我今天来讲讲核融合好了 ================= 一 尺度 从大家最熟悉的地方开始 乡民常推 五楼奈米屌 因为奈米很小 是10^-9次方公尺左右 那大概是几颗原子的大小左右 所以就被大家常常拿来当梗自表了 可是感觉好像跟一般生活还是有一段距离 从生活上来说 我们的尺 的最小刻度 和我们的肉眼 能够分辨的 是同一个等级 那差不多是10^-3m左右 也就是1mm 如果要观察微生物的话 我们一般好点的光学显微镜 大概是10^-6m等级 如果要看五楼的奈米屌 一般方式是看不到的 你可能要先切片再镀金 放到电子显微镜底下去观察 所以电子显微镜的尺度 大概可以看到10^-9m 也就是奈米大小 而稍微小一点点 也就是10^-10m等级 那差不多是原子的等级了 那原子核大小呢? 很小很小 比奈米屌小太多太多 大概是10^-15m左右 比奈米屌小了10郝(万)倍 ^^^^^^^ ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^ 说了这麽多 拿张尺(对数刻度)看看 ┌─┬─┬─┬─┬─┬─╥─┬─┬─┬─┬─╥─┬─┬─┬─┬─╥─┬─┬─┬ 0 -1 -2 -3 -4 -5 -6 -7 -8 -9 -10 -11-12 -13 -14 -15 -16 -17-18 (m)10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ 乡民懒觉 尺的刻度 微生物等级 奈米屌 原子 原子核 (30cm) 到了这边 想必大家对於我们要讨论的东西的大小等级 有了一层体会了 ================================================================== 二 组成 大家知道 基本上 我们可以把物体去不断的做切割 剖析 我们身上有很多的分子组成 而分子 又是不同的原子组成 这些不同的原子 根据化学性质 可以归纳出元素周期表 而原子呢? 原子又可以分成原子跟原子核 原子核内部 又可以分成中子跟质子 中子跟质子 又可以分出夸克 之後 就不能再分了 夸克是目前的基本粒子 简单的去列个表 ┌电子(基本粒子了) 物质─分子─原子┤ ┌ 中子 └原子核 ┤ -----[夸克](基本粒子) └ 质子 上千万种分子 一百多种原子 六种夸克(这边两种 上跟下) 补个图 ╱ . . ╱ ●○○ ╱ ◎ ╱ ╱ ●○○● ╱ ∵ ○ . ⊕ ○●○●● ∵ ←夸克之间用胶子黏住 ↑＼ ↑ ╲ ○●●● ╲ ∵∵∴ ｜ ╲ . ｜ . ╲ ●○○ ╲◎ ◎ ｜ ↑ 原子核 ↑ ↑ ↑ 电子 中子 质子 夸克 原子 ╚═══╝ ╚═══╝ ╚═══╝ 原子 原子核 核子(质子或中子) -10 -14~-15 -15 10 m 10 m 10 m ================================================================= 三 力----强作用力 跟 电磁交互作用力 前面说过了 原子核里面 是由质子和中子所组成的 而质子跟中子 是由夸克所组成的 一颗质子里面有两颗上夸克跟一颗下夸克 一颗中子里面有一颗上夸克跟两颗下夸克 大家可以根据这张表去算一下他们的带电量 基本粒子列表 ╔══╗╔═════╦═════╦═════╦══╗ ╔═════╗ ║ ║║ u ║ c ║ t ║电荷║ ║ γ ║ ║ 夸 ║║ 上夸克 ║ 魅夸克 ║ 顶夸克 ║ 2/3║ ║ 光子 ║ ║ ║║ 2.4MeV ║ 1.27GeV ║ 171.2GeV║ ║ ║ 0 ║ ║ 克 ║╚═════╩═════╩═════╩══╝ ╠═════╣ ║ ║╔═════╦═════╦═════╦══╗ ║ g ║ ║ ║║ d ║ s ║ b ║电荷║ ║ 胶子 ║ ║ ║║ 下夸克 ║ 奇夸克 ║ 底夸克 ║-1/3║ ║ ║ ║ ║║ 4.8MeV ║ 101MeV ║ 4.2GeV ║ ║ ╠═════╣ ╚══╝╚═════╩═════╩═════╩══╝ ║ 0 ║ 第一代 第二代 第三代 ║ Z ║ 质子是 uud 2/3+2/3+(-1/3) =1 中子是 udd 2/3+(-1/3)+(-1/3)=0 那我们会发现 在原子核这小小的空间里面 塞了许许多多的质子和中子 质子带正电 中子不带电 照理说 他们会因为彼此之间的排斥力(不顺眼) 而把对方都推出去阿 所以你应该会看到他们会一直射出来 但是并没有 为什麽呢? 因为强作用力在的关系 其实我们在形成质子跟中子时候(这样说好像有点怪) 我们就用了胶子 把这些夸克黏起来 原理是依靠不断交换虚胶子来把彼此黏住的 ◎ <-夸克 交换光子 ∴ ↓ ∴ <-交换胶子 . ~~~~~~~ ⊕ ∴ ∴ ↑ ◎ ◎ 电子 原子核 强作用力 有一个特点 那就是他有渐进自由 什麽是渐进自由呢? 就是靠得越近 越感受不到对方 离得越远 越容易感觉到对方 (好像谈恋爱一样 靠越近 心是自由的 离得远 会一直思念) 而这一股力量 会把夸克绑在中子和质子里面 那这跟我们的主题有什麽关系呢? 带我慢慢道来 其实 能够把这些质子中子们绑在一起的 是剩余的强作用力! 也就是说 把夸克绑住之後 也会顺便把附近的 质子 中子们 全部绑在一起 就跟原子一样 原子核把电子绑住後 形成原子 但也会去把附近的原子 亦起绑住 形成分子! ========================================================= 四 平衡点 我先整理一下 强作用力和电磁交互作用力的性质 强作用力 电磁交互作用力 距离 短 (范围) (10^-15M) 无限远 强度 强 还好 对象 核子 有电荷的粒子 在这边 我们从轻的原子核 去讨论到重的原子核 来分析 这些原子核的稳定性 当然 这是粗浅的定性讨论 在轻的原子核里面 因为里面的核子数目并不多 所以 体积会比较小 小余强作用力的范围 这时候 你去增加核子的数目 因为强作用力比较强关系 所以核融合会使得原子核更稳定 也就是说 这时候核融合会放出能量 到了重的原子核里面 因为核的大小太大了 所以强作用力的范围就 显得比较小 这时候电磁排斥力占了上风了 也就是说核分裂会放出能量出来 所以我们的原子核 是喜欢某一个不是太轻 也不是太重的范围的 那一个范围 大概是原子量58到62的时候 ============================================================== 五 例子 质子○ 中子● 1 氘-氚反应 一般人类想像中的未来能源 2 3 4 H + H ----> He+n ○● +○● --->○● +● ● ●○ 2 质子-质子链反应 - e ↘ ----> 2γ (γ 射线) + ↗ ○+○--->○●+e +微中子(射掉了) 　　　　　　｜ 　　　　　　　↓ ○ + ○●---->○● +γ (γ 射线射掉了) ↑ ● ｜ ↓ ｜ ○● + ○● -----> ○+○ + ○● ｜ ● ● ●○ └──────────────┘ 3 碳氮氧循环 比太阳重的恒星 1 4 1 H He H γ ↘ ↗ 12 ↘ ↗ ──→ C──→ 15 ↗ ↘13 N N ν ↑ n ↓ ↖│↗ ↙│↘ ↑ n │ ν │ ↓ 15 13 O 14 C ↖←── N ←── ↙ ↙ ↖ ↙↖ γ 1 γ 1 H H 其实还有很多其他反应 这边就找了WIKI上面的例子来说明 =============================================== 六 参考资料 1.文章代码(AID): #1EjSCtBt (Gossiping) [ptt.cc] Re: [新闻] 核融研成功制造... 2.文章代码(AID): #1EvwC3mb (Gossiping) [ptt.cc] Re: [爆卦] [LIVE] 上帝粒子 3.WIKI 4.老人家的记忆 -- ◢███◣ ◢◤ █ ◥◣ █ ◢█◣ █ █◢◤█◥◣█ ◥█ █ █◤ ◥███◤ ll35566 --

※ 发信站: 批踢踢实业坊(ptt.cc) ◆ From: 140.113.68.28 今天校庆喔!@@ 难怪我去图书馆时候看到一堆摊子... ※ 编辑: ll35566 来自: 140.113.68.28 (04/14 19:55)