氘燃烧

科技工作者之家 2020-11-17

氘燃烧是发生在一些恒星和次恒星天体的核聚变反应,其中的氘原子核和质子相结合,形成一个氦-3核聚变反应。它发生在质子-质子链反应的第二阶段,由两个质子融合形成一个氘原子核,再进一步与另一个质子融合;但也可以是原初的氘燃烧过程。

简介氘燃烧是发生在一些恒星和次恒星天体的核聚变反应,其中的氘原子核和质子相结合,形成一个氦-3核聚变反应。它发生在质子-质子链反应的第二阶段,由两个质子融合形成一个氘原子核,再进一步与另一个质子融合;但也可以是原初的氘燃烧过程。1

在原恒星氘是最容易在原恒星熔融的核心与质子融合的原子核,当原恒星核心的温度超过10K就可以燃烧。这种反应的速率对温度相当敏感,所以温度不会上升太多。氘燃烧驱动的对流会运载热量到表面。

如果没有氘燃烧,就不会有质量超过2-3太阳质量的恒星,因为在前主序阶段的恒星必须继续吸积质量才能引发氢燃烧I氘燃烧阻止了这种情况的发生,它使核心的温度上升至约1,000万度,而在这温度以下氢燃烧是无法进行的。当核心的氘燃烧停止,只有在能量的传输从对流切换成辐射之后,围绕着氘被耗尽的核心会形成能量障蔽,然后原恒星核心的温度才会增高。

环绕着辐射区的物质中依然含有丰富的氘,氘的燃烧会以壳层的形式逐渐外移,而原恒星的辐射层也会逐渐增大。核反应在低密度的外层区域孳生,会导致原恒星的膨胀,减缓引力造成的收缩和推迟它到达主序带。氘燃烧的总能量足以和引力收缩释放出的相抗衡。

由于氘在宇宙中的数量不足(有限),原恒星能供应的因而受到限制。在数百万年的时间后,它将被完全耗尽。1

在次恒星天体由于氢燃烧比氘燃烧更高的温度和压力,因此有些天体的质量虽然可以燃烧氘,,却不足以燃烧氢。这些天体被称为棕矮星,而它们的质量在13-80木星质量之间。棕矮星在它们的氘燃烧完之前,最多只能发光约一亿年。1

其他反应虽然与质子的融合是消耗氘的最主要方法,但其他的反应也是可能的。这些反应包括与另一个氘和融合成氦-3、氚、或氦-4(罕见),或是形成各种不同的锂同位素。1

本词条内容贡献者为:

黎明 - 副教授 - 西南大学

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