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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

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二 組成



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

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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



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!

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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

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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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                             ◥███◤             ll35566

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◆ From: 140.113.68.28
今天校慶喔!@@ 難怪我去圖書館時候看到一堆攤子...
※ 編輯: ll35566         來自: 140.113.68.28        (04/14 19:55)

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