物質(zhì)通常是由分子或者原子構(gòu)成的。從化學(xué)角度來(lái)看,融化的本質(zhì)就是化學(xué)鍵的斷裂,不同的物質(zhì)具有不同的熔點(diǎn),融化時(shí)所需要的熱量也不同。
目前世界上最耐高溫的材料是鉿合金,即鉿的化合物五碳化四鉭鉿(Ta4HfC5),標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下,熔點(diǎn)為4215℃,它是當(dāng)今世界上熔點(diǎn)最高的物質(zhì)。即使這樣,在6000度的高溫下也會(huì)融化的。
目前所知,在6000度的高溫下,沒(méi)有任何物體能夠承受。地球核心處的溫度就高達(dá)6000多攝氏度,但其內(nèi)部仍然是固態(tài)金屬,主要成分為鐵和鎳。眾所周知,在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下,鐵的熔點(diǎn)為1538攝氏度,沸點(diǎn)為2862攝氏度。為什么鐵沒(méi)有成為液態(tài)或者氣態(tài)呢?那是因?yàn)?,地核深處的壓力非常之高,大約相當(dāng)于350萬(wàn)倍標(biāo)準(zhǔn)大氣壓。在這種極端環(huán)境下,物質(zhì)的熔點(diǎn)會(huì)升高,地核深處的物質(zhì)依然保持固態(tài)也就不足為奇了。
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事實(shí)上,地球核心處的溫度比太陽(yáng)表面的溫度還高,太陽(yáng)表面的平均溫度才5500攝氏度左右。即使這樣,太陽(yáng)上的物質(zhì)也都處于等離子態(tài),那是因?yàn)樘?yáng)表面的壓強(qiáng)并不大。不過(guò)太陽(yáng)核心處的溫度可是高達(dá)1500萬(wàn)攝氏度,正是這么高的溫度才能夠維持氫核聚變反應(yīng)。
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由此可見(jiàn),討論物質(zhì)的熔點(diǎn)或者沸點(diǎn)時(shí)需要考慮,所在環(huán)境的壓強(qiáng)大小。
那么有什么物體能夠承受6000度的高溫?
若以實(shí)物來(lái)論,通常來(lái)說(shuō)并沒(méi)有。除非有超高壓加持,否則任何物體都會(huì)在這樣的高溫下變成等離子體。等離子體又叫做電漿,顧名思義就是由帶有相等電荷的離子構(gòu)成的物質(zhì),等離子體在宇宙中廣泛分布,宇宙中的恒星都是等離子體。
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圖為物體周圍電磁場(chǎng)的形態(tài)示意圖
唯一能夠承受6000度高溫的東西就是場(chǎng)了。場(chǎng)是一種特殊的物質(zhì),它是除了實(shí)物以外物質(zhì)存在的另一種形式。實(shí)物都是由粒子構(gòu)成的,而場(chǎng)卻不是。場(chǎng)和實(shí)物相伴相生,場(chǎng)也具有能量和質(zhì)量。在自然界中常見(jiàn)的場(chǎng)有電磁場(chǎng)和引力場(chǎng)。
大家可能都知道,在核反應(yīng)過(guò)程中,反應(yīng)物的溫度非常高,通常都高達(dá)上億度。太陽(yáng)內(nèi)部進(jìn)行的核聚變反應(yīng)靠引力進(jìn)行約束(引力約束),地球上顯然無(wú)法提供這種條件。地球上沒(méi)有任何容器能夠承受這么高的溫度,只能另尋他法。
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為此科學(xué)家們想到了一種方法,名叫磁約束。核反應(yīng)時(shí)物質(zhì)都處于等離子狀態(tài),這正好為磁約束提供了便利。自然界中的磁鐵磁力太弱,顯然是適應(yīng)不了這個(gè)工作的。還好我們發(fā)現(xiàn)了超導(dǎo)體,利用超導(dǎo)體可以產(chǎn)生超強(qiáng)的磁場(chǎng)。我們利用超導(dǎo)體做成一個(gè)牢籠,通上電后就可以形成超強(qiáng)的磁場(chǎng),將核反應(yīng)物置入其中,就可以避免其與容器直接接觸,以免損壞容器。托卡馬克裝置就是利用磁約束來(lái)實(shí)現(xiàn)可控核聚變反應(yīng)的環(huán)形容器。
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圖為激光核聚變裝置的示意圖
其實(shí)除了這種方法,在地球上還有另一種可行的核反應(yīng)約束方法,名叫慣性約束。慣性約束是怎么回事呢?就是利用超強(qiáng)的激光束或者帶電的高能粒子束形成一個(gè)密集的牢籠,當(dāng)核反應(yīng)物觸碰到這些能量束之后,就會(huì)被反彈回去,因?yàn)槔昧肆W拥膽T性,故稱之為慣性約束。目前主流的還是利用激光進(jìn)行慣性約束,激光核聚變裝置差不多就是這個(gè)原理。
目前可控核聚變雖然能夠在實(shí)驗(yàn)室中實(shí)現(xiàn),但還有很長(zhǎng)的路要走,距離實(shí)用階段還有很長(zhǎng)的路要走。
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