NUCLEAR Fusion στα αστέρια

Όλα τα αστέρια είναι αστέρια που απελευθερώνουν μεγάλη ποσότητα ενέργειας που εκπέμπουν με τη μορφή ακτινοβολίας. Οι εκπομπές από τον Ήλιο, το αστέρι που βρίσκεται πιο κοντά μας, μας φτάνουν με τη μορφή φωτός και θερμότητας. Αυτό το γεγονός γίνεται αντιληπτό φυσικά και η ανθρωπότητα το γνωρίζει από την αρχή του χρόνου. Ωστόσο, αυτό που δεν είναι πλέον τόσο προφανές είναι ο τύπος της αντίδρασης που οδηγεί στην απελευθέρωση αυτής της τεράστιας ποσότητας ενέργειας. Σε αυτό το μάθημα από έναν επαγγελματία σας λέμε τι πυρηνική σύντηξη στα αστέρια.

Δείκτης

1. Τι είναι η πυρηνική σύντηξη και πώς παράγεται;
2. Πώς παράγεται ενέργεια στα αστέρια;
3. Πώς συμβαίνει η πυρηνική σύντηξη στα αστέρια;

Οι αντιδράσεις πυρηνικής σύντηξης, όπως υποδηλώνει το όνομά τους, είναι εκείνες οι πυρηνικές αντιδράσεις στις οποίες αρκετοί πυρήνες ελαφριά άτομα συνδυάστε για να δημιουργήσετε ένα νέο άτομο με βαρύτερο πυρήνα

Αυτό περιλαμβάνει την απελευθέρωση μιας μεγάλης ποσότητας ενέργειας. Επομένως, η πυρηνική σύντηξη είναι ένας πολύ αποτελεσματικός τρόπος παραγωγής ενέργειας, πολύ περισσότερο από οποιαδήποτε χημική αντίδραση όπως η αντίδραση καύσης λαδιού ή ξύλου. Μια αντίδραση πυρηνικής σύντηξης δημιουργεί περίπου δέκα εκατομμύρια φορές περισσότερη ενέργεια από οποιαδήποτε χημική αντίδραση.

Ωστόσο, τέτοιου είδους αντιδράσεις συμβαίνουν μόνο υπό πολύ συγκεκριμένες συνθήκες κατά την οποία η πυρηνική απωθητική ενέργεια μεταξύ των θετικών φορτίων δύο ελαφρών πυρήνων ξεπερνιέται από την πυρηνική δύναμη, η οποία είναι πάντα ελκυστική και μικρής εμβέλειας. Αυτή η κατάσταση εμφανίζεται μόνο όταν οι ατομικοί πυρήνες κινούνται με υψηλή ταχύτητα, πράγμα που συνεπάγεται πολύ υψηλές θερμοκρασίες. Σε υψηλές θερμοκρασίες τα άτομα έχουν τη μορφή πλάσματος. Η κατάσταση στο πλάσμα είναι αυτή η φυσική κατάσταση της ύλης, στην οποία οι πυρήνες αποσπώνται από τα ηλεκτρόνια.

Έτσι, για να εμφανιστεί αντίδραση σύντηξης, το Το κριτήριο του Lawson, που καθορίζει τις συνθήκες θερμοκρασίας, την πυκνότητα του πλάσματος και το χρόνο κατά τον οποίο διατηρούνται καταστάσεις (που ονομάζονται χρόνος περιορισμού στο πλάσμα), οι οποίες είναι απαραίτητες για να προκαλέσουν πυρηνική σύντηξη.

Ο απλούστερος ορισμός του a αστέριΕίναι αυτό που λέει ότι είναι ένα αστέρι που εκπέμπει το δικό του φως. Πηγαίνοντας βαθύτερα, μπορούμε να πούμε ότι είναι τεράστιο σφαίρα αερίου στην επανάσταση, όπου το αέριο προσελκύεται στο κέντρο της σφαίρας από βαρυτικές δυνάμεις, φτάνοντας σε υψηλές πιέσεις και θερμοκρασίες που προκαλούν πυρηνικές αντιδράσεις που απελευθερώνουν μεγάλες ποσότητες ενέργειας προς τη μορφή ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας, φωτός και ζεστό.

Δεδομένου του ένα αστέρι είναι ένας μεγάλος πυρηνικός αντιδραστήρας, η σύνθεσή του δεν είναι σταθερή και εξελίσσεται με την πάροδο του χρόνου από τη γέννησή του, όταν το αστέρι αναφλέγεται ή "ενεργοποιείται". έως ότου το αστέρι εξαντλήσει όλο το καύσιμο και "πεθάνει".

Σε όλα τα διαφορετικά στάδια της ζωής ενός αστεριού, η σύνθεση και οι συνθήκες στις οποίες βρίσκεται το πλάσμα του αλλάζουν, και μαζί τους αντιδράσεις πυρηνικής σύντηξης που βρίσκουμε στον πυρήνα του.

Σε αυτό το μάθημα θα δούμε λεπτομερώς την πιο κοινή αντίδραση πυρηνικής σύντηξης σε αστέρια κύριας ακολουθίας, όπως η δική μας Ήλιος.

Εικόνα: Πρέζι

Στα αστέρια το Το κριτήριο του Lawson για να πραγματοποιηθούν αντιδράσεις πυρηνικής σύντηξης. Σε αυτήν την περίπτωση, ο περιορισμός του πλάσματος δίνεται από την τεράστια βαρυτική δύναμη. Διαφορετικές αντιδράσεις σύντηξης απαιτούν διαφορετικές συνθήκες θερμοκρασίας και πυκνότητας για να πραγματοποιηθούν βέλτιστα.

Ανάλογα με τη μάζα και την ηλικία του αστεριού, οι αντιδράσεις σύντηξης που λαμβάνουν χώρα στον πυρήνα του μπορεί να είναι τρεις διαφορετικούς τύπους: σύντηξη πρωτονίων-πρωτονίων, σύντηξης ηλίου ή του κύκλου άνθρακα. Συνοπτικά, θα δούμε την αντίδραση πρωτονίων-πρωτονίων, η οποία είναι η πιο συχνή.

Σύντηξη πρωτονίων-πρωτονίων: μετατροπή του υδρογόνου σε ήλιο.

Ένα βασικό αστέρι ακολουθίας, αποτελείται από 70% υδρογόνο, 28% ήλιο και 1,5% άνθρακα, όζον, οξυγόνο και νέον και 0,5% σίδηρο και άλλα στοιχεία. Επομένως το δικό σας το κύριο καύσιμο είναι υδρογόνο, το οποίο είναι το απλούστερο άτομο και του οποίου ο πυρήνας σχηματίζεται από ένα μόνο πρωτόνιο (υποατομικό σωματίδιο με μάζα και θετικό φορτίο).

Ο κύκλος αντίδρασης σύντηξης πρωτονίων-πρωτονίων συνοψίζεται σε πέντε στάδια:

1.- Σύντηξη δύο πρωτονίων

Μέσα στο άστρο, δύο άτομα υδρογόνου, δηλαδή δύο πρωτόνια, συντήκονται για να σχηματίσουν έναν μόνο πυρήνα.

2.- Σχηματισμός δευτερίου

Σε αυτόν τον πυρήνα που σχηματίζεται από δύο πρωτόνια, ένα από αυτά μετατρέπεται σε νετρόνιο (υποατομικό σωματίδιο με μάζα, αλλά χωρίς φορτίο), δημιουργώντας έναν πυρήνα δευτερίου, ένα βαρύ ισότοπο υδρογόνου που έχει έναν πυρήνα αποτελούμενο από ένα πρωτόνιο και ένα νετρόνιο. Αυτό το βήμα του κύκλου απαιτεί ενέργεια και απελευθερώνεται ένα ποζιτρόνιο ή ένα αντι-ηλεκτρόνιο (ένα σωματίδιο με τα ίδια χαρακτηριστικά του ηλεκτρονίου αλλά με θετικό φορτίο) και ένα ηλεκτρόνιο νετρίνο ή λεπτόνιο (υποατομικό σωματίδιο που έχει μάζα ένα εκατομμύριο φορές μικρότερη από εκείνη του ηλεκτρόνιο).

3.- Σχηματισμός πυρήνων Ηλίου-3

Το δευτέριο, που παράγεται στη δεύτερη αντίδραση του κύκλου, συμμετέχει σε μια νέα αντίδραση πυρηνικής σύντηξης, ενσωματώνοντας ένα πρωτόνιο. Η σύντηξη του πυρήνα δευτερίου με ένα άλλο πρωτόνιο (πυρήνας υδρογόνου) δημιουργεί έναν πυρήνα Helium-3 (που αποτελείται από δύο πρωτόνια και ένα νετρόνιο).

4- Σύντηξη δύο πυρήνων ηλίου

Σε αυτήν την τέταρτη αντίδραση, δύο πυρήνες ηλίου συντήκονται μαζί, για να δημιουργήσουν έναν μόνο πυρήνα που αποτελείται από δύο νετρόνια και τέσσερα πρωτόνια.

5.- Απελευθέρωση δύο πρωτονίων

Στην τελευταία αντίδραση του κύκλου, ο πυρήνας που σχηματίστηκε στην προηγούμενη αντίδραση σχηματίζει επίσης έναν πυρήνα Ηλίου ονομάζεται σωματίδιο άλφα, το οποίο αποτελείται από δύο νετρόνια και δύο πρωτόνια, μέσω της ενεργητικής απελευθέρωσης δύο πρωτόνια.

Ο πλήρης κύκλος σύντηξης πρωτονίων-πρωτονίων συνεπάγεται παραγωγή ενέργειας 25 MeV (mega-electron volt).

Εικόνα: Πλανήτες

Αν θέλετε να διαβάσετε περισσότερα άρθρα παρόμοια με Πυρηνική σύντηξη στα αστέρια: περίληψη, σας συνιστούμε να εισαγάγετε την κατηγορία μας Αστρονομία.

• Συνεργασία Borexino * (2014). Νετρίνα από την κύρια διαδικασία σύντηξης πρωτονίων - πρωτονίων στον Ήλιο. Στουτγκάρδη: Macmillan Publishers Limited.
• Davide Castelvecchi. (2020). Οι νετρίνοι αποκαλύπτουν το τελευταίο μυστικό της πυρηνικής σύντηξης στον Ήλιο. Έρευνα και επιστήμη. Βαρκελώνη: Scientific Press S.L.