氫 核 融 合 ： 質 子 – 質 子 鏈 (proton-proton chain)

  1. 融 合 過 程

    2. 氫 核 即 為 質 子 。 縱 然 在 高 溫 的 太 陽 核 心，因 受 強 大 的 靜 電 斥 力 的 限 制 ， 質 子 – 質 子 對 撞 而 融 合 為 氘 (2H)的 機 率 非 常 的 低 ， 據 估 算 每 個 質 子 融 合 的 速 率 約 為 5*10-18 1/秒， 是 個 非 常 緩 慢 的 過 程， 但 太 陽 核 心 有 近 1056個 質 子 ， 故 每 秒 仍 有 近 1039個 質 子 完 成 融 合 。

    氫 融 合 為 氦 的 主 要 流 程 為

    1H + 1H → 2H + e+ + υe(微 中 子)
    2H + 1H → 3He + γ
    3He + 3He → 4He + 2 1H。
    淨 反 應 可 寫 成
    4 1H → 4He + 2 e+ + 2 υe(微 中 子) + 能 量 。
    正 電 子 (e+)與 一 般 電 子 相 遇 後 ， 相 互 湮 滅 產 生 二 個 X射 線 ， 故 氫 歷 經 質 子 – 質 子 鏈 的 融 合 反 應 ， 可 以 簡 單 的 表 示 成
    4 1H → 4He + 2 υe(微 中 子) + 能 量
    而 此 處 所 產 生 的 微 中 子 屬 於 電 子 家 族 ， 故 又 常 稱 為 電 子 微 中 子 (electron neutrino)， 微 中 子 為 電 中 性 ， 至 於 其 靜 態 質 量 為 零 或 近 乎 零 ， 仍 是 物 理 學 與 天 文 學 的 重 要 懸 案 。

  2. 質 量 與 能 量 等 效

    3. 氦 的 質 量 較 四 個 單 獨 的 氫 之 質 量 小 ， 由 愛 因 斯 坦 的 質– 能公式告訴我們

    ΔE = Δm c2

     c為 光 在 真 空 中 的 傳 遞 速 率 ， 也 就 是〝損 失 的 質 量 轉變成能量的釋出〞。

    4個氫核 的 質 量 = m4H = 6.693*10-27 kg

    1個氦 核的 質 量 = mHe＝6.645*10-27 kg

    在氫融合過程的 質量損 失 = Δm = 0.048*10-27 kg，

    相 當 於 有 近 0.72% 的 質 量 損 失 。 而 一 次 氫 核 融 合所釋出的能量為 

    ΔE ＝ Δm c2
    = (0.048*10-27 kg)*(3*108 m/sec)2 ＝ 0.43*10-11 J ＝1*10-12 卡 　

    一 公克的 氫 約有6*1023個氫核， 每一次氫核融合用 掉4個氫核產生1*10-12 卡 的能量， 所以1公克的 氫 在核融合過程中可產生

    (6.02*1023/4)(1*10-12 = 1.5 * 1011卡 

    如 以 這 一 公 克 的 氫 進 行 核 融 合 來 煮 沸 冰 水 ， 每一公克的水從0℃增高到100℃的沸水需要100 卡 的 熱 量 ， 所以1公克的 氫 在核融合的過程中所產生的能量可將1500公噸的水煮沸！