NUCLEAR Fusion tähtedes
Kõik tähed on tähed, mis vabastavad suures koguses energiat et nad kiirgavad kiirguse kujul. Meile lähima tähe Päikese heitkogused jõuavad meieni valguse ja kuumuse kujul. Seda fakti tajutakse loomulikult ja inimkond on sellest teadlik aegade algusest peale. Mis pole aga enam nii ilmne, on reaktsioonitüüp, mille tulemuseks on selle tohutu hulga energia vabanemine. Selles PROFESSORI õppetükis ütleme teile, mida tuumasüntees tähtedes.
Indeks
- Mis on tuumasüntees ja kuidas seda toodetakse?
- Kuidas tekib tähtedes energia?
- Kuidas toimub tuumasüntees tähtedes?
Mis on tuumasüntees ja kuidas seda toodetakse?
Tuumasünteesireaktsioonid, nagu nende nimigi ütleb, on need tuumareaktsioonid, milles mitu tuuma kerged aatomid ühendada, et luua a uus raskema tuumaga aatom mitme erineva aatomituuma prootonite kombinatsiooni produkt. Seda tüüpi reaktsioonidest tulenev tuuma mass võib olla veidi väiksem kui kahe reaktsioonis osalenud aatomi massi summa. Massivahe vabaneb reaktsioonienergia kujul vastavalt võrrand E = mc2.
Mis hõlmab suure hulga energia vabanemist. Seetõttu on tuumasüntees väga tõhus viis energia tootmiseks, mis on palju suurem kui mis tahes keemiline reaktsioon, näiteks nafta või puidu põletamine. Tuumasünteesireaktsioon tekitab ligikaudu kümme miljonit korda rohkem energiat kui mis tahes keemiline reaktsioon.
Selliseid reaktsioone siiski need esinevad ainult väga spetsiifilistes tingimustes mille korral kahe kerge tuuma positiivsete laengute vaheline tõukejõud ületatakse tuumajõuga, mis on alati atraktiivne ja lühikese ulatusega. See seisund tekib ainult siis, kui aatomituumad liiguvad suurel kiirusel, mis tähendab väga kõrgeid temperatuure. Kõrgel temperatuuril on aatomid plasma kujul. Plasmaolek on aine füüsikaline olek, milles tuumad on elektronidest eraldatud.
Seega sulandumisreaktsiooni tekkimiseks on Lawsoni kriteerium, mis määrab kindlaks temperatuuri tingimused, plasma tiheduse ja aja, mille jooksul neid hoitakse - reaktsioonide tekitamiseks vajalikud tingimused (nn plasma kinnihoidmise aeg) tuumasüntees.
Kuidas tekib tähtedes energia?
A lihtsaim määratlus tähtSee on see, kes ütleb, et see on täht, mis kiirgab ise oma valgust. Pisut süvenedes võime öelda, et see on tohutu gaasikera pööretes, kus gaasi tõmbavad sfääri keskmesse gravitatsioonijõud, saavutades kõrge rõhu ja temperatuuri need käivitavad tuumareaktsioonid, mis vabastavad elektromagnetkiirguse, valguse ja kuum.
antud täht on suurepärane tuumareaktor, selle koostis ei ole püsiv ja areneb aja jooksul alates sünnist, kui täht süttib või "sisse lülitatakse"; kuni täht kogu kütus otsa saab ja "sureb".
Tähe elu eri etappides muutuvad tema plasma koostis ja tingimused ning koos nendega ka tuumasünteesireaktsioonid mille leiame selle tuumast.
Selles õppetükis näeme üksikasjalikult peamise järjestuse tähtede, näiteks meie, kõige tavalisemat tuumasünteesi reaktsiooni Päike.
Pilt: Prezi
Kuidas toimub tuumasüntees tähtedes?
Tähtedes Lawsoni kriteerium tuumasünteesireaktsioonide toimumiseks. Sel juhul annab plasma piiratuse tohutu gravitatsioonijõud. Erinevad liitumisreaktsioonid nõuavad nende optimaalseks toimumiseks erinevaid temperatuuri ja tiheduse tingimusi.
Sõltuvalt tähe massist ja vanusest võivad selle tuumas toimuvad sulandumisreaktsioonid olla kolme erinevat tüüpi: prooton-prooton sulandumine, heeliumi sulandumine või süsinikuringe. Kokkuvõttena näeme prooton-prootonreaktsiooni, mis on kõige sagedasem.
Prootoni-prootoni sulandumine: vesiniku muundamine heeliumiks.
Peamise järjestuse täht koosneb 70% vesinikust, 28% heeliumist ja 1,5% süsinikust, osoonist, hapnikust ja neoonist ning 0,5% rauast ja muudest elementidest. Seetõttu teie peamine kütus on vesinik, mis on kõige lihtsam aatom ja mille tuuma moodustab üks prooton (massi ja positiivse laenguga subatoomiline osake).
Prootoni-prootoni sulandumisreaktsiooni tsükkel on kokku võetud viies etapis:
1. - kahe prootoni sulandumine
Tähe sees sulanduvad kaks vesiniku aatomit, see tähendab kaks prootonit, moodustades ühe tuuma.
2.- Deuteeriumi moodustumine
Selles kahe prootoni moodustatud tuumas muundatakse üks neist neutroniks (subatoomiline osake massiga, kuid ilma laeng), mis põhjustab deuteeriumi tuuma - vesiniku rasket isotoopi, mille tuum koosneb prootonist ja neutron. See tsükli etapp nõuab energiat ja selles vabaneb positron või antielektron (osake, millel on samad elektroni omadused kuid positiivse laenguga) ja elektronneutriinost või leptoonist (subatoomiline osake, mille mass on miljon korda väiksem kui elektron).
3.- heelium-3 tuumade moodustumine
Tsükli teises reaktsioonis toodetud deuteerium osaleb uues tuumasünteesi reaktsioonis, kaasates prootoni. Deuteeriumi tuuma liitumisel teise prootoniga (vesiniku tuum) tekib heelium-3 tuum (koosneb kahest prootonist ja ühest neutronist).
4- Kahe heeliumituuma liitmine
Selles neljandas reaktsioonis sulanduvad kaks heeliumituuma kokku, et tekiks üks tuum, mis koosneb kahest neutronist ja neljast prootonist.
5. - kahe prootoni vabastamine
Tsükli viimases reaktsioonis moodustab eelmises reaktsioonis moodustatud tuum ka heeliumi tuuma nimetatakse alfaosakeseks, mis koosneb kahest neutronist ja kahest prootonist, kahe energeetilise vabanemise kaudu prootonid.
Prootoni-prootoni sulandumise täielik tsükkel hõlmab energia tootmist 25 MeV (megaelektronvoldid).
Pilt: planeedid
Kui soovite lugeda rohkem artikleid, mis on sarnased Tuumasüntees tähtedes: kokkuvõte, soovitame sisestada meie kategooria Astronoomia.
Bibliograafia
- Borexino koostöö * (2014). Neutriinod primaar - prootonite sulandumisprotsess Päikeses. Stuttgart: Macmillan Publishers Limited.
- Davide Castelvecchi. (2020). Neutriinod paljastavad Päikese tuumasünteesi lõpliku saladuse. Teadus ja teadus. Barcelona: Scientific Press S.L.