核工程师看《流浪地球2》:三千核弹炸毁月球?办不到!( 三 )
比硅的原子序数小得多的两个氧原子核(8个质子+8个中子)直接聚变 , 需要15亿℃的高温和每立方米1000万吨的高密度才行 。
要实现两个硅原子核的聚变需要多高的条件 , 这方面的文献较少 , 有文章说需要30亿℃ , 倒是一种合理的推测 。
因此就算是在恒星内部 , 从硅原子核再向更重核的聚变也不是简单地把两个硅核加起来 , 而是要不断地吸收氦4原子核 , 每吸收一次增加2个原子序数 , 一共进行7次加法 , 才能聚变到镍56原子核 。 这个原子核很不稳定 , 会很快衰变成钴56 , 再衰变成稳定的铁56(26个质子+30个中子) 。
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▲大质量恒星内部聚变形成铁56的过程
但这样的过程我们的太阳是实现不了的 , 需要质量超过太阳8倍的恒星 , 才能最终产生铁56 。
也就是说 , 流浪地球中的行星发动机 , 需要模拟比太阳还要大几倍的大质量恒星内部环境 , 才有可能燃烧“石头” , 实现硅的聚变 。 但问题是 , 地球上没有那么多氦 , 氦气资源一直很稀缺的 , 可不像石头那么好找 。
所以 , 行星发动机必须得实现15亿~30亿℃的高温和难以想象的高密度 , 使硅原子核和氧、镁 , 或者它自身去聚变 。
这个条件 , 你觉得在地球上能实现吗?
就算假设它真能实现 , 接下来还会迎来一盆冷水 , 那就是——从硅聚变成铁 , 并不能释放出很多能量!
这是因为 , 原子核的比结合能不同 。
比结合能是把一个原子核完全拆散成核子 , 平均每个核子需要的能量 。 比结合能越高 , 说明原子核越稳定 。
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▲不同原子核的比结合能
从氢或者氘氚聚变成氦4 , 比结合能增长极快 , 因此释放的能量非常多 , 但从氦4再一路向上聚变到铁56 , 比结合能增长很慢 , 释放的能量很有限 。
为了这部分有限的能量去实现大质量恒星核心处那样的极端条件 , 就算真能够做到 , 恐怕也得不偿失 。
核爆月球
说完了“烧石头”的行星发动机 , 再来聊聊《流浪地球2》中的炸毁月球 。
这个脑洞开得实在是大 , 令人不得不佩服编剧的想象力 , 毕竟原著小说中只是推走了月球而没有把它炸掉 。
但要炸碎月球 , 仅靠3614枚核弹显然是不够的 。 电影中也提到 , 这些核弹爆炸产生的能量 , 只有摧毁月球所需能量的10亿分之一 。 因为月球虽然比地球小得多 , 却仍然很大 , 直径达到3476公里 。 即使有上万枚核弹 , 对月球来说也只是挠挠痒痒 , 激起一片尘埃而已 。
所以电影中的设定是 , 把这些核弹布置在一座巨大的环形山中组成阵列 , 通过精确引爆核弹阵列 , 引发月球核心的聚变 , 继而炸毁月球 。
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▲引爆月球|《流浪地球2》预告片截图
这些核弹只起到一个“扳机”或“引信”的作用 , 有点儿像氢弹的原理:即用一颗原子弹来充当引信 , 引发氘氚的聚变 。
但氢弹的引爆过程中 , 原子弹并不是直接靠高温来引发聚变 , 而是利用爆炸时产生的X射线来压缩加热聚变燃料 , 从而达到核聚变条件 。
月球外壳主要也由石头构成 , 不利于X射线的传播 , 所以笔者推测可能是想用核爆产生的冲击波 , 实现对月球中心点的瞬间压缩 , 来引发月核聚变 。
推理到这儿 , 一切都还算合理 , 但接下来就离谱了 。 因为月球和地球一样 , 拥有一个铁核 , 即月核的主要成分是铁56 。
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