既然很多元素能進行核聚變,為何人類只造了氫彈,而不造別的彈,如氮彈?

香菸飄渺35


核聚變,是有許多元素能夠進行,這是一個常識性問題,但是如果要運用到實際,就不是這麼說了,就像我們知道銀河系直徑,宇宙直徑,知道歸知道,根本就沒法旅行不是。可以直白一點說,人類還沒有到氮聚變那種地步。這種聚變,連太陽中心的溫度和壓力都做不到。



人類所掌握的核聚變反應只能在輕元素的原子核之間發生,如氫的同位素氘和氚。重元素目前只掌握核裂變而無法核聚變。我們可以通過化學元素週期表看到,由於氫原子所含的質子數目為1,也就是最小原子,所以排在第一位,越往後的元素,原子質子數目越多,也就是原子核越重,屬於重原子核。


單單這種最輕的原子,要讓他核聚變,所要的條件都是非常苛刻的,以至於人類為了達到這種聚變條件,氫彈的爆破都需要原子彈先爆炸產生極端高溫,再在這一基礎上進行聚變。同時,越是重的原子,聚變條件也是越來越苛刻。

就連我們的太陽中心如此高的溫度和壓力,由氫聚變氦,氦再聚變碳原子核,由此生成的碳原子核後,也再沒有能力聚變,而氮原子核還排在碳原子核後面。要生成這種元素,還必須大質量恆星,但是也直至鐵元素生成就再也無法聚變了。


所以人類目前連只能搞搞氫彈,連第二位的氦彈都搞不出來,就別提後面那些更重的核聚變了。


良良引力波


直接答案就是理論和實踐的區別。

在核物理理論中有一個專業名詞叫比結合能,比結合能是表徵原子核穩定性的一個物理量。原子核位於原子核的中部,由中子和質子兩種核子構成。比結合能越大,原子核就越難“拆開”成單個核子,就越難參與到核反應中。


如圖中所示,自然界目前發現的元素中,鐵的比結合能是最大的,氘和氚的比結合能是最小的,也就是理論上來看,除了鐵我們都有辦法來使他參與核反應的,只不過選擇氫元素的同位素氘和氚最容易發生核聚變反應。就像我們生火時會選擇容易燃燒軟柴是一個道理。

核聚變反應本身需要極高的溫度和壓力,氘和氚之間的聚變即便是最容易,初始的反應條件溫度大概也需要至少1400萬攝氏度,還需要極高的壓力,反應條件如此苛刻,以至於目前我們無法持續提供這麼一個反應環境,只有在原子彈爆炸瞬間產生高溫能夠達到這個反應條件,但即便是這個高溫也不能夠大多數元素參與聚變,

因此氘氚是最優的選擇,理論上除了鐵都可以,但是隻有氘氚可以實際應用。

最後一點敲黑板,氫彈不是使用的普通的氫原子,而是氫的同位素氘和氚。


核先生科普


我有個打火機,點燃一攤汽油方便,還是點燃一堆木炭方便呢?肯定點燃汽油方便吧。

聚變也是類似,氫聚變相對於其他元素聚變,啟動需要較少能量,而釋放更多的能量。氮也可以聚變,但是需要更多更多的能量才能啟動,啟動了釋放能量比氫聚變還小。所以沒有什麼理由要去造氮聚變彈。

我們的太陽目前是在不斷的把氫聚變成氦,之後繼續聚變出更重的元素,比如碳。再往後聚變越來越難進行。等到聚變到鐵元素,這時繼續聚變的話,吸收的能量比釋放的能量還大。所以很多天體內核都是鐵。有更劇烈更多的能量才能形成更重的元素。


蛋科夫斯基


為什麼人類目前只造了氫彈,沒有造其它的蛋,比如氦彈、氮彈,很簡單,那是因為人類目前還沒有能力造出來。

可能大家都知道氫彈要靠原子彈引爆,為什麼不能直接引爆,那是因為核聚變需要在高溫高壓的條件下才能發生,我們要用原子彈爆炸時產生的高溫高壓才能引爆氫彈。雖然發明了氫彈,但目前人類只能利用核裂變發電,目前還沒有能力造出穩定可控的的核聚變反應堆。


核反應分為聚變反應與裂變反應,一般輕核聚變與重核裂變都可以釋放能量。輕核與重核以鐵元素為分界嶺,重核也可以聚變,只不過重核聚變時要吸收能量而不是釋放能量,因此恆星內部的核聚變反應最多聚變到鐵就停止了,恆星的生命也步入了終點。

氫聚變反應依靠的是氫的同位素氘和氚聚變為氦。我們的太陽目前就是依靠氫聚變反應發光發熱的,由於太陽的質量較小,最多隻能聚變到碳就結束了。太陽內部由於有引力產生的高壓條件,只需要大約2000萬攝氏度的溫度就可以實現氫聚變反應。而在地球上,要實現可控的氫聚變反應,則至少需要上億度的高溫。

氮元素排在碳元素之後,氮聚變反應在太陽內部都不能實現,更別提在地球上實現氮聚變反應了。構成我們身體的各種元素,大多都來自恆星內部的核反應熔爐。至於鐵元素之後的,諸如黃金、白銀等各種重元素,則誕生於恆星生命最後瘋狂——超新星爆發,只有在那種極端環境下才能合成元素週期表之後的重元素。


科學探索菌


我們並不是不能利用其他的元素製造聚變武器,諸如題主所說的“氮彈”其實也是可以造出來的。然而有一很重要的問題擺在那裡了——你付出了一個單位的能量,是願意放出兩個單位的能量呢還是願意放出一萬個單位的能量呢?


這裡就引入了一個核聚變能量上的投資回報率問題——結合能:

我們可以從圖表中看到,不同的原子進行結合的時候所需要的能量是不一樣的。由較低的結合能原子聚變成較高的原子的時候就會放出能量。


這裡面我們可以看到鐵的結合能是最高的(鐵原子最穩定),因此我們如果用鐵作為核聚變燃料的話,那麼恐怕就要付出一萬單位的能量僅僅能獲得一個單位的能量。這樣是得不償失的聚變反應很快就會停止。相反結合能很低的氘作為聚變材料,其本身所釋放的能量就可以維持聚變反應的持續進行。

因此在選擇聚變材料的時候都是在選用更輕的原子作為核聚變的主要原料。

理由兩個:第一相對容易點燃、第二反應能在一定時間內自持。

這樣的能量反應就可以作為一種武器來使用,而且使威力最大化。其反應條件為利用原子彈爆炸的5000萬度高溫。將氘氚原子加熱使之獲得極大的動能,在兩個原子相撞的時候達到核聚變的目的。

如題主所說利用氮來進行核聚變,也是可以的。W君查了下資料,如果用氮原子進行聚變,那麼所需要的溫度要達到7.8億度。而氮聚變後形成鈉並釋放出大量a粒子,而能量釋放僅僅為同等質量的氘氚的1/860。所以用氮作一個“氮彈”就有受累不討好的感覺了。



軍武數據庫


答:主要原因是,氫元素的聚變條件最低,包括溫度和壓力。


理論上,氦元素、碳元素、氧元素以及硅元素等等,都是可以發生核聚變反應的,不過所需的反應條件非常高。


在物理學中,每種元素都有一個“比結合能”,表示把原子完全分開成獨立核子(中子和質子的統稱)時,需要輸入的能量與核子數之比,也叫平均結合能。



原子的比結合能越高,我們就越難把原子中的核子分離出來,同時表明該原子越穩定;在所有元素中,鐵-56是最穩定的。

於是,比鐵輕的原子和比鐵重的原子,其核子平均質量都比鐵-56低,於是在向鐵方向聚變或者裂變的核反應,總體上會釋放能量,並和虧損的質量滿足質能方程。


每種元素聚變或者裂變的反應條件不同,重元素裂變是最容易的,所以原子彈最先被研製出來;而輕元素聚變,需要非常高的溫度,比如:


(1)H原子聚變,需要1500萬度的溫度;

(2)He原子聚變,需要2億度的溫度;

(3)C原子聚變,需要近10億度的溫度;

(4)O原子聚變,需要20億度的溫度;

(5)Si原子聚變,需要30億度的溫度;



氫元素的同位素中,屬氘原子和氚原子的聚變條件最低,所以氫彈都是使用氘、氚為聚變材料。


氫元素聚變還有一個優勢,就是氫元素的比結合能遠低於其他元素,所以氫原子發生聚變時,釋放的能量是最可觀的,這能維持聚變反應的繼續進行,大大降低了氫元素聚變的反應條件。



所以,理論上氦、碳、氧、硅等等元素,都是可以製造成核彈的,但是爆炸所需條件太高,而製造氫彈相對容易得多。


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艾伯史密斯


一方面你可以理解為人類還沒有能力製造出氮彈,另一方面你可以理解為沒有必要。綜合在一起說,那就是製造氮彈並不划算。


為什麼我這麼說呢?首先核反應是很難進行的,原子彈利用的是核裂變,氫彈則利用的是核聚變,核裂變的條件相比於核聚變沒有那麼嚴格,核聚變就很難進行了。我們都知道太陽能夠發光發熱是因為太陽上無時無刻不在進行著核聚變反應,每分每秒相當於有無數的氫彈在太陽上爆炸,但是對於太陽來說,核聚變也僅僅發生在溫度極高壓強極大的核心,這個地方,溫度高達1500萬攝氏度!

如此高的溫度,太陽上也沒有能夠發生氮聚變,更別說人類了,能夠製造出氫彈這麼厲害的東西已經很不錯了。理論上來說,氮聚變需要在7.8億攝氏度這樣一個變態溫度下進行,這樣一個溫度,想要達到絕非易事。氫彈是怎麼引爆的呢?首先用常規炸藥引爆原子彈,然後再用原子彈引爆氫彈。目前為止,好像也沒有哪個原子彈爆炸能夠製造這麼高的溫度。

按道理來說除了鐵之外的其它元素都可以進行核聚變,因為鐵的比結合能最大,鐵也最穩定。比結合能越大的話呢,就越難以把原子核打開,越難以參與到核聚變反應中,但是氫元素就不一樣了,氫的比結合能小,選擇氫元素的同位素氘和氚最容易發生核聚變反應。而想要製造氮彈的話,人類目前根本就沒有能力。


除了技術方面的原因呢,還有別的考慮,那就是如果相同質量的氮彈和氫彈爆炸的話,氫彈釋放的能量比氮彈多得多,多多少呢?氫彈的威力將會有氮彈的幾百倍,差距大吧,這樣看來就算辛辛苦苦製造出來了,威力還更小,那麼為什麼要做吃力不討好的事呢?還有,現在很多國家已經銷燬了原本擁有的氫彈,氫彈的威力不用我多說了吧,如果還想製造威力更大的核彈的話,相信世界上沒有哪個國家會願意的。


鏡像宇宙


首先,我們平時說的氫彈,它的熱核反應原材料也不是我們所熟知的氫,而是氫的同位素,我們叫重氫和超重氫,也叫氘、氚;其次,必須要說明的是,理論上,氮彈是可以造出來的,但是製造氮彈比氫彈的難度要大的多,目前的人類可能還沒有這種技術;此外,氮彈釋放出的能量也沒有氫彈那麼多,因此實際意義並不大。


圖:氫彈爆炸

說到這兒,就不得不引入物理學中的一個概念:比結合能。比結合能是某種元素原子的結合能和核子數目的比值。這個值越大,原子越穩定。在目前已知的元素中,鐵元素的比結合能越大,因此,我們可以說鐵元素最穩定。這也就意味著鐵元素原子核的平均核子質量是最小的,任意元素通過核反應變成鐵元素都要出現一定3的質量虧損而釋放能量。原子序數比鐵小的可以通過聚變形成鐵元素,原子序數比鐵大的可以通過裂變形成鐵元素。這樣看來,氮元素自然也是可以作為核燃料來製造"氮彈"了。

圖:比結合能曲線圖

但根據比結合能曲線就可以看出,相比較於氫彈來說,氮元素做成的熱核武器其威力似乎並沒有什麼顯著的優勢。雖然不可否認其威力還是很大,但和氫彈是沒辦法比的。除此之外,比結合能越大的元素,其核反應所需的條件就越苛刻。目前氫彈的引爆必須用原子彈,也就是說沒有原子彈,氫彈是炸不了的。連最容易發生聚變的重氫超重氫發生聚變所需的條件都需要原子彈來滿足,那氮彈豈不是需要用氫彈來引爆了?用威力大的引爆威力小的,目的是什麼呢?

因此,氮彈是有一定的理論支持的,但實際上由於技術水平和一些其他因素的限制,人類沒有去製造氮彈。

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張家小智兒


人類目前成功製造出了氫彈。

氫彈的原理是:利用氕和氚兩種氫的同位素,在熾熱高溫下,可以發生熱核反應。熱核反應需要的高溫,由氫彈內含的相當於原子彈的那部分先引爆,由裂變產生高溫,引發了熱核反應。熱核反應過程中,一個氕核和一個氚核,生成了一個氦核。由於反應過程中有質量虧損,相應有巨大的能量釋放。

那麼為什麼不造《氮彈》呢?

如果要造《氮彈》,就必須使用N2。二個N2合成,根據反應的生成物是N4。而N4是N2的同素異性體,呈原子狀態。所以沒有質量虧損。放不出能量來。也就是說造不出氮彈來。


匯燕1


核聚變就是原子核的融合過程,過程中釋放巨大的能量。如何才能讓原子核發生融合反應呢?就得需要高溫與高壓,這樣原子核外電子分離,剩下裸露在外的原子核,由於高溫與高壓,原子核相互間碰撞聚合在一起,形成新的較重的原子核。

氫彈就是核聚變反應,但前提需要裂變帶來的高溫高壓才能進行之後的核聚變,並且,氫彈在爆炸時,核聚變也只進行了有限的時間,之後溫度與壓力就降了下來了,聚變反應停止。

越重的原子核間聚變反應所需的條件就越高,比如氦聚變,它所需要的條件就比氫聚變高得多了,一般來說,氫聚變需要1500萬攝氏度的溫度,那氦聚變就得需要上億攝氏度。

恆星之所以能一直進行到聚變產物是鐵而不再進行,是因為恆星擁有巨大的質量,由於重力收縮而帶來巨大的壓力與高溫,因此可以完成氫聚變及以後的重核聚變,但只能到鐵。

如今的氫彈引爆尚且需要原子彈的裂變反應帶來高溫高壓條件,想要製造重核聚變反應的炸彈,根本不可能,技術條件還嚴重不達標。


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