NUCLEAR Fusion ve hvězdách

Všechny hvězdy jsou hvězdy, které uvolňují velké množství energie které vydávají ve formě záření. Emise ze Slunce, hvězdy nejblíže k nám, se k nám dostávají ve formě světla a tepla. Tato skutečnost je vnímána přirozeně a lidstvo si ji uvědomuje od počátku věků. Co však již není tak zřejmé, je typ reakce, která vede k uvolnění tohoto enormního množství energie. V této lekci od PROFESORA vám řekneme, co jaderná fúze ve hvězdách.

Index

1. Co je jaderná fúze a jak se vyrábí?
2. Jak se vyrábí energie ve hvězdách?
3. Jak probíhá jaderná fúze ve hvězdách?

Reakce jaderné fúze, jak naznačuje jejich název, jsou takové jaderné reakce, ve kterých je několik jader lehké atomy kombinovat a vytvořit nový atom s těžším jádrem produkt kombinace protonů z několika různých atomových jader. Hmotnost jádra vyplývající z tohoto typu reakce může být o něco menší než součet hmotnosti dvou atomů, které se zúčastnily reakce. Rozdíl v hmotnosti se uvolňuje ve formě reakční energie, podle rovnice E = mc².

Což zahrnuje uvolnění velkého množství energie. Proto je jaderná fúze velmi účinným způsobem generování energie, mnohem více než jakákoli chemická reakce, jako je spalovací reakce oleje nebo dřeva. Reakce jaderné fúze generuje přibližně deset milionůkrát více energie než jakákoli chemická reakce.

Nicméně, tyto druhy reakcí vyskytují se pouze za velmi specifických podmínek ve kterém je odpuzovací energie mezi kladnými náboji dvou lehkých jader překročena jadernou silou, která je vždy atraktivní a na krátkou vzdálenost. Tato podmínka nastává pouze tehdy, když se atomová jádra pohybují vysokou rychlostí, což znamená velmi vysoké teploty. Při vysokých teplotách jsou atomy ve formě plazmy. Stav plazmy je fyzikální stav hmoty, ve kterém jsou jádra oddělena od elektronů.

Aby tedy mohla dojít k fúzní reakci, Lawsonovo kritérium, která stanoví teplotní podmínky, hustotu plazmy a dobu, po kterou jsou udržovány podmínky (nazývané doba zadržení plazmy), které jsou nezbytné pro spuštění reakce jaderná fůze.

Nejjednodušší definice a hvězdaJe to ten, kdo říká, že je to hvězda, která vyzařuje své vlastní světlo. Když půjdeme hlouběji, můžeme říci, že je obrovský plynová koule v revoluci, kde je plyn přitahován do středu koule gravitačními silami a dosahuje vysokých tlaků a teplot, které spouštějí jaderné reakce, které uvolňují velké množství energie ven ve formě elektromagnetického záření, světla a horký.

Vzhledem k hvězda je skvělý jaderný reaktor, jeho složení není konstantní a vyvíjí se v čase od svého narození, kdy je hvězda zapálena nebo „zapnuta“; dokud hvězda nespotřebuje všechno své palivo a „nezemře“.

Skrz různé etapy života hvězdy se mění složení a podmínky, ve kterých se nachází její plazma, as nimi i reakce jaderné fúze které najdeme v jeho jádru.

V této lekci uvidíme podrobně nejběžnější reakci jaderné fúze ve hvězdách hlavních sekvencí, jako jsou naše slunce.

Obrázek: Prezi

Ve hvězdách Lawsonovo kritérium aby proběhly reakce jaderné fúze. V tomto případě je omezení plazmy dáno enormní gravitační silou. Různé fúzní reakce vyžadují, aby optimálně probíhaly různé podmínky teploty a hustoty.

V závislosti na hmotnosti a stáří hvězdy mohou být fúzní reakce, které probíhají v jejím jádru tři různé typy: fúze proton-proton, fúze helia nebo uhlíkový cyklus. Jako shrnutí uvidíme proton-protonovou reakci, která je nejčastější.

Fúze proton-proton: transformace vodíku na helium.

Hvězda hlavní sekvence je tvořena 70% vodíku, 28% helia a 1,5% uhlíku, ozonu, kyslíku a neonů a 0,5% železa a dalších prvků. Proto jeho hlavním palivem je vodík, což je nejjednodušší atom a jehož jádro je tvořeno jediným protonem (subatomární částice s hmotností a kladným nábojem).

Cyklus fúze proton-proton je shrnut do pěti kroků:

1.- Fúze dvou protonů

Uvnitř hvězdy dva atomy vodíku, tj. Dva protony, fúzují a tvoří jedno jádro.

2. - Tvorba deuteria

V tomto jádru tvořeném dvěma protony se jeden z nich transformuje na neutron (subatomární částice s hmotou, ale bez náboj), čímž vzniklo jádro deuteria, těžký izotop vodíku, který má jádro tvořené protonem a neutron. Tento krok cyklu vyžaduje energii a v něm se uvolní pozitron nebo antielektron (částice se stejnými vlastnostmi elektronu ale s kladným nábojem) a elektronové neutrino nebo lepton (subatomární částice, která má miliónkrát menší hmotnost než hmotnost elektron).

3. - Tvorba jader helia-3

Deuterium, produkované druhou reakcí cyklu, se účastní nové reakce jaderné fúze, která zahrnuje proton. Fúze jádra deuteria s jiným protonem (vodíkové jádro) vede k jádru Helium-3 (složenému ze dvou protonů a jednoho neutronu).

4- Fúze dvou jader helia

V této čtvrté reakci se spojily dvě jádra helia, aby vzniklo jediné jádro složené ze dvou neutronů a čtyř protonů.

5. - Uvolnění dvou protonů

V poslední reakci cyklu tvoří jádro vytvořené v předchozí reakci také jádro helia nazývaná alfa částice, která je tvořena dvěma neutrony a dvěma protony, prostřednictvím energetického uvolnění dvou protony.

Celý cyklus fúze proton-proton zahrnuje generování energie 25 MeV (mega-elektronové volty).

Obrázek: Planety

Pokud si chcete přečíst více podobných článků Jaderná fúze ve hvězdách: shrnutí, doporučujeme vám zadat naši kategorii Astronomie.

• Borexino Collaboration * (2014). Neutrina z procesu primární fúze proton - proton na Slunci. Stuttgart: Macmillan Publishers Limited.
• Davide Castelvecchi. (2020). Neutrinos odhaluje konečné tajemství jaderné fúze na Slunci. Výzkum a věda. Barcelona: Scientific Press S.L.