第647章 裂变
“以后如果我们到了外太空，肯定会接触到高端的武器，我们不如说一下武器相关吧？”
四号看着他们说道。
“这让我想到了种子。”
李思特说道。
“什么是中子？”
四号问道。
“你读书的时候，化学老师是体育老师教的吗？”
李思特朝着四号翻白眼道。
“我学习的可是土木工程，就算学过那也是交给老师了。”
四号不以为然地说道。
“中子是存在于氢以外的一切原子核中的基本粒子。
中子无电荷，质量稍大于质子。
在原子核外，一个中子将衰变为一个质子、一个电子和一个反中微子。
中子是重子族的成员，每个中子由三个夸克构成。”
李思特淡定地说道。
“这让我想到了中子星。”
虚妄说道。
“给我们说说。”
四号问道。
“中子星，几乎完全由中子构成、具有原子核密度的恒星。
这样一颗恒星含有与太阳大致相同的质量，却被压缩成一个直径约10公里的球。”
虚妄说道。
“有什么历史吗？”
楚云问道。
“1930年代初的时候，萨布拉曼扬·钱德拉塞卡发现，恒星核燃料消耗完后形成的白矮星的质量若大于太阳质量的大约1.4倍，就无法支撑自身来对抗引力坍缩。
由此得出当时引起极大争议的结论是，任何已经死亡的恒星若仍含有大于这个钱德拉塞卡极限的质量，将无限制地坍缩成为今天称之为黑洞的东西。”
虚妄解释道。
“我记得，中子在1932年被发现后，一些物理学家和天文学家立刻开始思考存在完全由中子构成、密度介于白矮星和恒星质量黑洞之间的恒星的可能性，并且猜测这种恒星的质量可能有一个上限。”
五号补充道。
“当时物理学家列夫·朗道认为所有恒星都可能含有中子内核，但随后的计算证明，如果恒星内核的中子化真的开始，那将是恒星内区突然坍缩、并在一次爆炸中释放大量引力能的失控过程。”
李思特说道。
“这一结果和弗里茨·兹威基关于中子星可能形成于超新星爆发的观点颇为一致。”
五号说道。
“到了1930年代末，所有这些思想，还有罗伯特·奥本海默和他的学生乔治·弗尔科夫的计算，都已公开发表。”
虚妄补充道。
“还有，奥本海默和弗尔科夫的计算证明中子星的质量确有上限，现在称为奥本海默-弗尔科夫极限。
任何死亡后的恒星若含有多于3倍太阳的质量，必将无止境地坍缩。”
李思特说道。
“然而多数天文学家直到1／4世纪后才认真对待这一有关中子星的思想，而1960年代中期偶然发现的脉冲星终于使他们确信中子星真的存在。”
吴刚说道。
“你对这还有一些了解？”
四号看着吴刚问道。
“我物理和化学老师可喜欢我了。”
吴刚说道。
“这好像是天文系吧？”
楚云问道。
“我大学的时候，有选修天文。”
吴刚说道。
“算我没说。”
楚云说道。
“现在人们已经承认这些超密恒星确实形成于超新星爆发。
超新星爆发时的强大压力可以造就质量小到只及太阳质量1／10的中子星。
任何质量更小的恒星在试图成为中子星的过程中将变成小白矮星，因为有些中子通过β衰变转化为质子。”
五号说道。
“某些中子星可能是质量接近钱德拉塞卡极限的白矮星演变而成的，如果后者吸积足够的多余物质，使得质量超过这一极限的话。”
吴刚说道。
“我记得，中子星有一个铁和类似元素构成的外壳，它的下面是正常中子区。
再往下则是流体区，其主要成分是超流中子。
还可能有一个夸克组成的中心内核。”
虚妄说道。
“但你们不要忘记了，中子星物质的密度是白矮星的100万倍，水的1 000万亿倍，所以每立方厘米中子星物质重达10亿吨左右。”
李思特看着他们说道。
“真厉害，不如我们来说一下核裂变吧，这和中子也有关。”
李思特说道。
“核裂变是一个重原子的核分裂为两个或更多部分、并在分裂时释放能量和两到三个自由中子的过程。”
四号说道。
“说到核裂变，你到是很清楚。”
李思特说道。
“我只是从新闻到看到的比较多。”
四号朝着李思特翻白眼道。
“你们要知道，裂变释放能量是因为原子核中质量-能量的储存方式以铁及相关元素的核的形态最为有效。
从最重的元素一直到铁，能量储存效率基本上是连续变化的。
所以，重核能够分裂为较轻核的任何过程在能量关系上都是有利的。”
虚妄说道。
“这个怎么说？”
四号问道。
“如果较重元素的核能够分裂并形成较轻的核，就会有能量释放出来。
然而，很多这类重元素的核一旦在恒星内部形成，即使在形成时要求输入能量，它们却是很稳定的。”
五号说道。
“怎么说？”
楚云问道。
“那是因为，不稳定的重核，比如铀-235的核，可以自发裂变。
快速运动的中子撞击不稳定核时，也能触发裂变。
由于裂变本身释放分裂的核内中子，所以如果将足够数量的放射性物质堆在一起，那么一个核的自发裂变将触发近旁两个或更多核的裂变，其中每一个至少又触发另外两个核的裂变，依此类推而发生所谓的链式反应。”
虚妄说道。
“如果我的记忆没有错的话，你说的这就是称之为原子弹和用于发电的核反应堆的能量释放过程。”
五号说道。
“对于核弹，链式反应是失控的爆炸，因为每个核的裂变引起另外好几个核的裂变。
对于核反应堆，反应进行的速率用插入铀堆的可吸收部分中子的物质来控制，使得平均起来每个核的裂变正好引发另外一个核的裂变。”
虚妄说道。
“能够举例说明吗？”
楚云问道。
“1千克铀-235的全部核的裂变将产生20 000兆瓦小时的能量，足以让20兆瓦的发电站运转1 000小时，与燃烧300万吨煤释放的能量一样多。”
五号解释道。
“你们真厉害，现在大多数都是核聚变发电了。”
楚云说道。
“我们说的是核裂变。”
四号朝着楚云翻白眼道。
“……”
(本章完)
四号看着他们说道。
“这让我想到了种子。”
李思特说道。
“什么是中子？”
四号问道。
“你读书的时候，化学老师是体育老师教的吗？”
李思特朝着四号翻白眼道。
“我学习的可是土木工程，就算学过那也是交给老师了。”
四号不以为然地说道。
“中子是存在于氢以外的一切原子核中的基本粒子。
中子无电荷，质量稍大于质子。
在原子核外，一个中子将衰变为一个质子、一个电子和一个反中微子。
中子是重子族的成员，每个中子由三个夸克构成。”
李思特淡定地说道。
“这让我想到了中子星。”
虚妄说道。
“给我们说说。”
四号问道。
“中子星，几乎完全由中子构成、具有原子核密度的恒星。
这样一颗恒星含有与太阳大致相同的质量，却被压缩成一个直径约10公里的球。”
虚妄说道。
“有什么历史吗？”
楚云问道。
“1930年代初的时候，萨布拉曼扬·钱德拉塞卡发现，恒星核燃料消耗完后形成的白矮星的质量若大于太阳质量的大约1.4倍，就无法支撑自身来对抗引力坍缩。
由此得出当时引起极大争议的结论是，任何已经死亡的恒星若仍含有大于这个钱德拉塞卡极限的质量，将无限制地坍缩成为今天称之为黑洞的东西。”
虚妄解释道。
“我记得，中子在1932年被发现后，一些物理学家和天文学家立刻开始思考存在完全由中子构成、密度介于白矮星和恒星质量黑洞之间的恒星的可能性，并且猜测这种恒星的质量可能有一个上限。”
五号补充道。
“当时物理学家列夫·朗道认为所有恒星都可能含有中子内核，但随后的计算证明，如果恒星内核的中子化真的开始，那将是恒星内区突然坍缩、并在一次爆炸中释放大量引力能的失控过程。”
李思特说道。
“这一结果和弗里茨·兹威基关于中子星可能形成于超新星爆发的观点颇为一致。”
五号说道。
“到了1930年代末，所有这些思想，还有罗伯特·奥本海默和他的学生乔治·弗尔科夫的计算，都已公开发表。”
虚妄补充道。
“还有，奥本海默和弗尔科夫的计算证明中子星的质量确有上限，现在称为奥本海默-弗尔科夫极限。
任何死亡后的恒星若含有多于3倍太阳的质量，必将无止境地坍缩。”
李思特说道。
“然而多数天文学家直到1／4世纪后才认真对待这一有关中子星的思想，而1960年代中期偶然发现的脉冲星终于使他们确信中子星真的存在。”
吴刚说道。
“你对这还有一些了解？”
四号看着吴刚问道。
“我物理和化学老师可喜欢我了。”
吴刚说道。
“这好像是天文系吧？”
楚云问道。
“我大学的时候，有选修天文。”
吴刚说道。
“算我没说。”
楚云说道。
“现在人们已经承认这些超密恒星确实形成于超新星爆发。
超新星爆发时的强大压力可以造就质量小到只及太阳质量1／10的中子星。
任何质量更小的恒星在试图成为中子星的过程中将变成小白矮星，因为有些中子通过β衰变转化为质子。”
五号说道。
“某些中子星可能是质量接近钱德拉塞卡极限的白矮星演变而成的，如果后者吸积足够的多余物质，使得质量超过这一极限的话。”
吴刚说道。
“我记得，中子星有一个铁和类似元素构成的外壳，它的下面是正常中子区。
再往下则是流体区，其主要成分是超流中子。
还可能有一个夸克组成的中心内核。”
虚妄说道。
“但你们不要忘记了，中子星物质的密度是白矮星的100万倍，水的1 000万亿倍，所以每立方厘米中子星物质重达10亿吨左右。”
李思特看着他们说道。
“真厉害，不如我们来说一下核裂变吧，这和中子也有关。”
李思特说道。
“核裂变是一个重原子的核分裂为两个或更多部分、并在分裂时释放能量和两到三个自由中子的过程。”
四号说道。
“说到核裂变，你到是很清楚。”
李思特说道。
“我只是从新闻到看到的比较多。”
四号朝着李思特翻白眼道。
“你们要知道，裂变释放能量是因为原子核中质量-能量的储存方式以铁及相关元素的核的形态最为有效。
从最重的元素一直到铁，能量储存效率基本上是连续变化的。
所以，重核能够分裂为较轻核的任何过程在能量关系上都是有利的。”
虚妄说道。
“这个怎么说？”
四号问道。
“如果较重元素的核能够分裂并形成较轻的核，就会有能量释放出来。
然而，很多这类重元素的核一旦在恒星内部形成，即使在形成时要求输入能量，它们却是很稳定的。”
五号说道。
“怎么说？”
楚云问道。
“那是因为，不稳定的重核，比如铀-235的核，可以自发裂变。
快速运动的中子撞击不稳定核时，也能触发裂变。
由于裂变本身释放分裂的核内中子，所以如果将足够数量的放射性物质堆在一起，那么一个核的自发裂变将触发近旁两个或更多核的裂变，其中每一个至少又触发另外两个核的裂变，依此类推而发生所谓的链式反应。”
虚妄说道。
“如果我的记忆没有错的话，你说的这就是称之为原子弹和用于发电的核反应堆的能量释放过程。”
五号说道。
“对于核弹，链式反应是失控的爆炸，因为每个核的裂变引起另外好几个核的裂变。
对于核反应堆，反应进行的速率用插入铀堆的可吸收部分中子的物质来控制，使得平均起来每个核的裂变正好引发另外一个核的裂变。”
虚妄说道。
“能够举例说明吗？”
楚云问道。
“1千克铀-235的全部核的裂变将产生20 000兆瓦小时的能量，足以让20兆瓦的发电站运转1 000小时，与燃烧300万吨煤释放的能量一样多。”
五号解释道。
“你们真厉害，现在大多数都是核聚变发电了。”
楚云说道。
“我们说的是核裂变。”
四号朝着楚云翻白眼道。
“……”
(本章完)