太陽內的氫為什麼是慢慢反應的，而不是一下都變成氦？

11-17

睡前看到這個問題，決定簡要回答一下，目前看到的答案感覺都不夠簡明扼要。
我覺得題主的一個疑惑在於，為什麼太陽不像氫彈，瞬間完成幾乎所有的聚變反應？這裡的一個要點在於，聚變，例如太陽中的氫-氦聚變，抑或是氫彈中的類似過程，並不是自持的。而是需要一定的溫度壓強條件，溫度低了壓強小了，聚變都會減速或者終止。聚變有點像大冬天點柴火，點著了還不行，得弄個罩子不讓熱量跑的太快，還要防止木柴自己散開了（可控核聚變技術里這叫做約束），換句話說，太陽靠引力維持內部的溫度壓強，使得聚變只能以目前的速率進行。
自持的核反應，例如裂變，可以由上一個裂變核放出的中子，作為觸發下一個核裂變的「引信」，所以裂變的發生是比較容易的，只要材料純度夠高，加上一點點中子觸發，甚至自發衰變放出的中子，就有可能引發鏈式反應，這也是為什麼目前的核電站有「控制棒」，這些通常用金屬鎘製成的控制棒可以吸收中子，避免鏈式反應的發生（當然發生鏈式反應不等於核爆炸，核電站的低濃度鈾即使發生鏈式反應，也很難在短時間內引發足夠的裂變，在足夠的能量產生之前，材料本身就會被「炸開」導致鏈式反應終止）。
那為什麼氫彈可以爆炸呢？這是因為氫彈通常會有一個小的裂變彈作為扳機，爆炸產生的大量高能射線可以驅動包裹在聚變材料外層的材料迅速燒蝕，外層燒蝕產生的壓強會驅動內層材料的向心壓縮，短時間內產生足夠的高溫高壓，這樣才能讓氫核具有足夠的動能克服同性間的庫侖斥力結合在一起，從而發生聚變。
具體到太陽身上，高溫高壓主要是由引力對星體的「壓縮」提供的，這個因素導致恆星的聚變速率可以由負反饋調節：聚變快了，溫度壓強升高，驅動星體膨脹，而這又會導致溫度壓強降低，從而降低聚變速率。如果這個反饋機制太慢，就會使得星體大小出現比較大得變化，變星就是這麼來的。

先寫這麼多，有什麼遺漏的以後補上。

添加兩條長回復：
---氫彈如果"彈藥"放太多，會因為失去壓強和溫度導致聚變終止造成浪費嗎？
核材料的浪費是非常正常的現象。早期核武器的材料利用率非常低，即使是裂變彈，材料也會因為反應時的壓強而飛散導致裂變終止，最終利用率只有1%左右。第一顆公認的聚變裝置 Ivy Mike 總重近70噸，印象中有數噸液化氘，最終威力也只有1000萬噸上下，其中還有大量來自U238的受到聚變中子輻照產生的裂變，所以效率也是非常之低的

---往太陽發一顆裂變彈能製造出足夠的壓強，引發聚變嗎
太陽內部已經在進行核聚變了啊。我猜你的意思應該是給太陽提供足夠的壓強能否產生類似氫彈的爆炸式聚變。我覺得是可能的，只不過裂變彈是沒法提供這樣的壓強的。裂變彈大部分能量用來產生X射線，本身爆炸的壓強是無法直接引爆氫彈的，這也是為啥我提到要利用聚變材料外部包裹材料的燒蝕來提供壓強。就恆星演化來說，太陽本身質量太低，最終不會有超新星爆發，因為它的自身引力至多提供氦聚變為碳所的壓強和溫度，最後剩下的會是一個以碳為主的白矮星。

試著回答一下：

恆星內部存在兩種平衡：其向心的引力和由核心的核聚變所產生的向外的壓力可以在恆星內部幾乎處處保持平衡；且在核心產生的巨大能量以 γ 射線的形式釋放出來，通過輻射和對流等方式將核聚變的能量轉移到恆星表面輻射出去，保持恆星內部能量的平衡。

在主序帶中的恆星，由於存在以上的平衡，恆星以較穩定的速率將氫轉變為氦。如果核聚變太快，恆星就會膨脹，反之則會收縮，以保持平衡。

只有在超新星爆發的時候，恆星才會「一下子」發生核聚變。恆星在把大部分氫轉變成氦之後，氫的聚變提供的能量已經不足以維持平衡，就會發生坍縮，坍縮至核心的溫度和壓力足夠高就會引發氦的聚變，將氫聚變的部分「擠」到外面。最後形成多個聚變層，像洋蔥一樣。

當核心達到硅聚變形成鐵的階段以後，恆星的溫度和壓力已經不能繼續維持鐵的聚變了，失去能量的恆星在引力的作用下就會發生大坍縮，很快達到極高的溫度和壓力，發生超新星爆發，比鐵更重的元素就是在這個過程中產生的。

圖片來源：Formation of the High Mass Elements

太陽上的核聚變反應是質子鏈反應為主，是由一系列反應組成的，由於需要克服庫侖斥力，質子鏈反應尤其是反應的第一步是非常緩慢的。
第一步：1H + 1H → 2H + e+ + νe；νe是中微子0.42MeV。這個依賴的吸熱的β正電子衰變，對於太陽來說，其內部的溫度是偏低的，要依賴於量子隧道效應才能克服庫侖力進行，一顆質子平均要等待10^9年才能融合成氘。
PS：但對於比太陽更大，內部溫度更高的恆星是則主要以碳氮氧循環進行，反應速度比質子鏈快得多；超過100個恆星質量的星族III還有更加高效的的氦4循環。所以大質量恆星的壽命要短得多，而太陽只有1.7%的氦4核是經由碳氮氧循環的過程產生的。正如樓上所講，恆星的質量決定其流體靜力學平衡時內部的壓強和溫度，決定了其主序階段的主要核反應類型和速率，也就決定了其主序階段的持續時間，平衡打破則進入巨星分支甚至變成超新星，最大質量的那部分恆星（100個以上的太陽質量）幾乎沒有主序階段（非常短），基本上都是巨星。
第二步：氘先和另一個氫原子融合成較輕的氦同位素，3He：2H + 1H → 3He + γ （γ 為光子，能量為5.49 MeV）。
第三步，氘、氚、氦3經過三個主要分支的核反應生成氦4原子核、中子、質子

參考：wiki質子﹣質子鏈反應；
wiki碳氮氧循環。

這個問題有意思，事實上「慢慢」以及「一下」所代表的時間概念是相對我們人類的感覺來說的。
打個比方，在你做出打蒼蠅的這個動作時，在你看來是一瞬，而在蒼蠅眼中則是慢動作。
又好比現在正在不斷膨脹的宇宙。
想像一個馬上就要爆炸的爆竹，短暫的時間過後，裡面的物質便被拋射出來，四散而去。
如果把這些物質當做漫漫星雲以及其他天體，把爆炸產生的衝擊波看做宇宙的正在膨脹的邊緣，又是何其相似。
個人的生老病死，家族的繁榮興衰，王朝的興盛覆滅，文明的演化更替，人類的產生消亡，地球的形成毀滅。

「蓋將自其變者而觀之，則天地曾不能以一瞬。」

爆竹，
不過剛剛爆炸而已。
————
摺疊我吧。

太陽每秒鐘釋放能量相當於大約10^11顆氫彈的能量，很慢么？

另外你是不是覺得天空中星星幾百年都沒動過，但實際上宇宙邊緣星系相對地球速度已經在亞光速量級能看到多普勒效應了。

人，終究還是太渺小，根本無法直觀感知那種大量級的數到底有多大……

PS: 樓上已經說過了，太陽內部只有極少部分的氫通過量子隧道效應參與反應。

氫蛋彈使用的是氫的同位素，其聚變反應需要的溫度和壓力要小的多，很多人自己在車庫做出的核聚變反應堆就是這種，美國都有十幾歲的天才少年做出來了，新聞很容易搜到，但沒什麼大不了，能量輸出仍然遠小於輸入，沒有任何實用價值。

因為溫度和壓力遠沒有大到你所說的，氫一下子全部變成氦的程度。太陽上一個人體積大小的空間內核聚變所釋放的能量，還沒有一個正常人消化食物吸收的能量多；在這個大小的空間內發生核聚變的概率是非常低的，但是太陽的體積和質量很大，所以才會釋放出那麼多能量。可以看《新量子世界》，比較好懂。

樓上的發言講了很多相關的原理，但我認為扣題都不緊密。

太陽的氫之所以「慢慢」發生聚變，而不是在很短時間內全部聚變變成氦，原因很簡單：

首先，太陽內只有核心部分能滿足核聚變的條件，所以太陽除了處於核心的氫，其他地方的氫都不會發生核聚變，核心之外的氫只有通過對流到達核心才能參與核聚變。這就決定了太陽不可能一下子全部聚變完。

其次，太陽內部發生了核聚變，核聚變產生的γ射線會產生巨大的輻射壓，輻射壓會導致太陽核心密度下降，核心密度下降導致聚變速率下降。這是一個負反饋過程，這個負反饋過程決定了太陽核聚變速度有一個上限，所以即使處於太陽核心的氫也只能「慢慢」聚變，而不會一下子都聚變成氦。

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以上說明了太陽聚變速度有限的緣故，下面討論太陽要在短時間內發生快速聚變的條件。。

首先，要讓太陽核心之外的氫也參與核反應，那麼我們需要提高核心之外的溫度和壓力。假設通過某種方法壓縮太陽可以做到這一點。

其次，要對抗輻射壓，需要更大的壓力（實際恆星核輻射壓對抗的是自身的重力）才能避免密度下降。

綜上，也就是說如果我們有辦法將太陽整體壓縮，那麼可以讓太陽以很快的速度進行核聚變。如果壓力足夠，太陽可以很快燒完大部分的燃料；否則，劇烈核聚變產生的能量突破壓力，就會產生爆炸——類似於超新星爆發。

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以上內容發佈於：發佈於 2017-06-04,

以下補充於：2017-7-18

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氫彈爆炸的時候，聚變反應的確是在一個很短的時間內發生的。

但問題是氫彈的原料利用率是很低的。我沒找到具體可靠的數據，但可以肯定早期的氫彈聚變材料的利用率肯定不到10%。

太陽的溫度和壓強都不夠，如果氫彈在這樣的溫度和壓強下，反應也會很慢，可能要幾億年才會反應完。之所以太陽反應這麼慢還能釋放這麼多熱量，完全是因為它太大了。

因為太陽太TM大了！這就好比你們家的洗臉池的水，放起來比浴缸里的水更容易放空，要是換成你們小區一樣大的游泳池呢？再換成太平洋呢？

太陽中氫聚變成氦，是要經過多步，中間生成多個中間體，還有很低的幾率碰撞才能撞到相應能起反應的核子，最後才完成聚變成氦，所以慢；而氫彈中核子與其它核子中一半碰撞幾率起核反應，核反應只需要一步就完成聚變，所以是瞬間爆炸式核反應