作者: ll35566 (交大張東健) 看板: Gossiping
標題: Re: [問卦] 有沒有核融合科技的八卦？
時間: Sat Apr 14 19:50:17 2012
零 引言
現在 我已經成為了死神 世界的毀滅者
----- 歐本海默 在原子彈爆炸後引用的一段經文
我不知道用這段當引言好不好 不過
人類文明的演進和利用能源的形式
是有很大的關係的
而對宇宙間基本原理的了解 使得人類可以去慢慢利用
這種強大的力量
鄉民常說:"已知用火" 也許 核能是人類夢寐以求的普羅米休斯之火吧!
==============以上廢話 我今天來講講核融合好了 =================
一 尺度
從大家最熟悉的地方開始
鄉民常推 五樓奈米屌
因為奈米很小 是10^-9次方公尺左右
那大概是幾顆原子的大小左右
所以就被大家常常拿來當梗自表了
可是感覺好像跟一般生活還是有一段距離
從生活上來說 我們的尺 的最小刻度
和我們的肉眼 能夠分辨的 是同一個等級
那差不多是10^-3m左右 也就是1mm
如果要觀察微生物的話
我們一般好點的光學顯微鏡
大概是10^-6m等級
如果要看五樓的奈米屌 一般方式是看不到的
你可能要先切片再鍍金 放到電子顯微鏡底下去觀察
所以電子顯微鏡的尺度 大概可以看到10^-9m
也就是奈米大小
而稍微小一點點 也就是10^-10m等級 那差不多是原子的等級了
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(萬)倍
^^^^^^^ ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
說了這麼多 拿張尺(對數刻度)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
↑ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑
鄉民懶覺 尺的刻度 微生物等級 奈米屌 原子 原子核
(30cm)
到了這邊 想必大家對於我們要討論的東西的大小等級 有了一層體會了
==================================================================
二 組成
大家知道 基本上 我們可以把物體去不斷的做切割 剖析
我們身上有很多的分子組成 而分子 又是不同的原子組成
這些不同的原子 根據化學性質 可以歸納出元素週期表
而原子呢?
原子又可以分成原子跟原子核 原子核內部 又可以分成中子跟質子
中子跟質子 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
簡單的去列個表
┌電子(基本粒子了)
物質─分子─原子┤ ┌ 中子
└原子核 ┤ -----[夸克](基本粒子)
└ 質子
上千萬種分子 一百多種原子 六種夸克(這邊兩種 上跟下)
補個圖
╱ . . ╱ ●○○ ╱ ◎
╱ ╱ ●○○● ╱ ∵
○ . ⊕ ○●○●● ∵ ←夸克之間用膠子黏住
↑＼ ↑ ╲ ○●●● ╲ ∵∵∴
｜ ╲ . ｜ . ╲ ●○○ ╲◎ ◎
｜ ↑ 原子核 ↑ ↑ ↑
電子 中子 質子 夸克
原子 ╚═══╝ ╚═══╝ ╚═══╝
原子 原子核 核子(質子或中子)
-10 -14~-15 -15
10 m 10 m 10 m
=================================================================
三 力----強作用力 跟 電磁交互作用力
前面說過了 原子核裡面 是由質子和中子所組成的
而質子跟中子 是由夸克所組成的
一顆質子裡面有兩顆上夸克跟一顆下夸克
一顆中子裡面有一顆上夸克跟兩顆下夸克
大家可以根據這張表去算一下他們的帶電量
基本粒子列表
╔══╗╔═════╦═════╦═════╦══╗ ╔═════╗
║ ║║ u ║ c ║ t ║電荷║ ║ γ ║
║ 夸 ║║ 上夸克 ║ 魅夸克 ║ 頂夸克 ║ 2/3║ ║ 光子 ║
║ ║║ 2.4MeV ║ 1.27GeV ║ 171.2GeV║ ║ ║ 0 ║
║ 克 ║╚═════╩═════╩═════╩══╝ ╠═════╣
║ ║╔═════╦═════╦═════╦══╗ ║ g ║
║ ║║ d ║ s ║ b ║電荷║ ║ 膠子 ║
║ ║║ 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 ║
質子是 uud 2/3+2/3+(-1/3) =1
中子是 udd 2/3+(-1/3)+(-1/3)=0
那我們會發現 在原子核這小小的空間裡面
塞了許許多多的質子和中子 質子帶正電 中子不帶電
照理說 他們會因為彼此之間的排斥力(不順眼) 而把對方都推出去阿
所以你應該會看到他們會一直射出來 但是並沒有
為什麼呢? 因為強作用力在的關係
其實我們在形成質子跟中子時候(這樣說好像有點怪)
我們就用了膠子 把這些夸克黏起來
原理是依靠不斷交換虛膠子來把彼此黏住的
◎ <-夸克 交換光子
∴ ↓
∴ <-交換膠子 . ~~~~~~~ ⊕
∴ ∴ ↑
◎ ◎ 電子 原子核
強作用力 有一個特點 那就是他有漸進自由
什麼是漸進自由呢? 就是靠得越近 越感受不到對方
離得越遠 越容易感覺到對方
(好像談戀愛一樣 靠越近 心是自由的 離得遠 會一直思念)
而這一股力量 會把夸克綁在中子和質子裡面
那這跟我們的主題有什麼關係呢?
帶我慢慢道來 其實 能夠把這些質子中子們綁在一起的
是剩餘的強作用力! 也就是說 把夸克綁住之後
也會順便把附近的 質子 中子們 全部綁在一起
就跟原子一樣 原子核把電子綁住後 形成原子
但也會去把附近的原子 亦起綁住 形成分子!
=========================================================
四 平衡點
我先整理一下 強作用力和電磁交互作用力的性質
強作用力 電磁交互作用力
距離 短
(範圍) (10^-15M) 無限遠
強度 強 還好
對象 核子 有電荷的粒子
在這邊 我們從輕的原子核 去討論到重的原子核
來分析 這些原子核的穩定性 當然 這是粗淺的定性討論
在輕的原子核裡面 因為裡面的核子數目並不多
所以 體積會比較小 小餘強作用力的範圍
這時候 你去增加核子的數目 因為強作用力比較強關係
所以核融合會使得原子核更穩定 也就是說
這時候核融合會放出能量
到了重的原子核裡面
因為核的大小太大了 所以強作用力的範圍就
顯得比較小 這時候電磁排斥力占了上風了
也就是說核分裂會放出能量出來
所以我們的原子核 是喜歡某一個不是太輕 也不是太重的範圍的
那一個範圍 大概是原子量58到62的時候
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五 例子
質子○ 中子●
1 氘-氚反應
一般人類想像中的未來能源
2 3 4
H + H ----> He+n
○● +○● --->○● +●
● ●○
2 質子-質子鏈反應
-
e ↘
----> 2γ (γ 射線)
+ ↗
○+○--->○●+e +微中子(射掉了)
｜
↓
○ + ○●---->○● +γ (γ 射線射掉了)
↑ ●
｜ ↓
｜ ○● + ○● -----> ○+○ + ○●
｜ ● ● ●○
└──────────────┘
3 碳氮氧循環
比太陽重的恆星
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
其實還有很多其他反應 這邊就找了WIKI上面的例子來說明
===============================================
六 參考資料
1.文章代碼(AID): #1EjSCtBt (Gossiping) [ptt.cc] Re: [新聞] 核融研成功製造...
2.文章代碼(AID): #1EvwC3mb (Gossiping) [ptt.cc] Re: [爆卦] [LIVE] 上帝粒子
3.WIKI
4.老人家的記憶
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→ CCB:差距的426萬噸質量全透過E=mc2變成能量 04/14 20:18
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→ CCB:而太陽發出的能量只有20億分之一到達地球 換算成重量約2kg 04/14 20:19
→ CCB:這兩公斤等值的能量就是你在地表可見之一切的源頭。 04/14 20:19
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