YDINFuusio tähdissä

Kaikki tähdet ovat tähdet, jotka vapauttavat suuren määrän energiaa että ne lähettävät säteilyn muodossa. Lähinnä tähtiä oleva aurinko päästää meidät valon ja lämmön muodossa. Tämä tosiasia koetaan luonnollisesti, ja ihmiskunta on ollut siitä tietoinen aikojen alusta lähtien. Mutta mikä ei ole enää niin ilmeistä, on reaktiotyyppi, joka johtaa tämän valtavan määrän energian vapautumiseen. Tässä PROFESSORIN oppitunnissa kerromme sinulle mitä ydinfuusio tähdissä.

Indeksi

1. Mitä ydinfuusio on ja miten sitä syntyy?
2. Kuinka tähdissä syntyy energiaa?
3. Kuinka ydinfuusio tapahtuu tähdissä?

Ydinfuusioreaktiot, kuten heidän nimensä viittaa, ovat niitä ydinreaktioita, joissa useita ytimiä kevyet atomit yhdistää luoda uusi atomi, jolla on painavampi ydin tuote useiden eri atomiatumien protonien yhdistelmästä. Tämän tyyppisestä reaktiosta johtuva ytimen massa voi olla hieman pienempi kuin kahden reaktioon osallistuneen atomin massan summa. Massan ero vapautuu reaktioenergian muodossa yhtälö E = mc².

Mikä sisältää suuren määrän energian vapauttamista. Siksi ydinfuusio on erittäin tehokas tapa tuottaa energiaa, paljon enemmän kuin mikään muu kemiallinen reaktio, kuten öljyn tai puun palaminen. Ydinfuusioreaktio tuottaa suunnilleen kymmenen miljoonaa kertaa enemmän energiaa kuin mikään kemiallinen reaktio.

Tällaiset reaktiot niitä esiintyy vain hyvin erityisissä olosuhteissa jossa ydinvoima, joka on aina houkutteleva ja lyhyen kantaman, ylittää kahden kevyen ytimen positiivisten varausten välisen hylkimisenergian. Tämä tila esiintyy vain, kun atomiytimet liikkuvat suurella nopeudella, mikä tarkoittaa erittäin korkeita lämpötiloja. Korkeissa lämpötiloissa atomit ovat plasman muodossa. Plasmatila on aineen fyysinen tila, jossa ytimet irtoavat elektronista.

Siksi fuusioreaktion tapahtuessa Lawsonin kriteeri, joka määrittää lämpötilaolosuhteet, plasman tiheyden ja ajan, jonka aikana niitä ylläpidetään - olosuhteet (kutsutaan plasman sulkeutumisajaksi), jotka ovat välttämättömiä ydinfuusio.

Yksinkertaisin määritelmä a tähtiSe sanoo, että se on tähti, joka lähettää oman valonsa. Mennessä syvemmälle voimme sanoa, että se on valtava kaasupallo vallankumouksessa, jossa kaasua houkuttelee pallon keskipiste gravitaatiovoimilla saavuttaen korkeat paineet ja lämpötilat laukaista ydinreaktiot, jotka vapauttavat suuria määriä energiaa ulospäin sähkömagneettisen säteilyn, valon ja kuuma.

Kun otetaan huomioon tähti on suuri ydinreaktori, sen koostumus ei ole vakio ja kehittyy ajan myötä syntymästä, kun tähti syttyy tai "kytketään päälle"; kunnes tähti loppuu polttoaineestaan ​​ja "kuolee".

Tähden elämän eri vaiheissa koostumus ja olosuhteet, joissa sen plasma löytyy, ja niiden myötä muuttuvat ydinfuusioreaktiot jonka löydämme sen ytimestä.

Tässä oppitunnissa näemme yksityiskohtaisesti yleisimmän ydinfuusioreaktion pääsekvenssitähdissä, kuten meidän Aurinko.

Kuva: Prezi

Tähdissä Lawsonin kriteeri ydinfuusioreaktioiden toteuttamiseksi. Tällöin plasman rajoitus annetaan valtavalla painovoimalla. Erilaiset fuusioreaktiot edellyttävät erilaisia ​​lämpötila- ja tiheysolosuhteita, jotta ne toimisivat optimaalisesti.

Tähden massasta ja iästä riippuen sen ytimessä tapahtuvat fuusioreaktiot voivat olla kolme erilaista tyyppiä: protoni-protoni-fuusio, heliumfuusio tai hiilisykli. Yhteenvetona voimme nähdä protoni-protoni-reaktion, joka on yleisimpiä.

Protoni-protoni-fuusio: vedyn muuttuminen heliumiksi.

Pääsekvenssitähti, se koostuu 70% vedystä, 28% heliumista ja 1,5% hiilestä, otsonista, hapesta ja neonista sekä 0,5% raudasta ja muista alkuaineista. Siksi sinun pääpolttoaine on vety, joka on yksinkertaisin atomi ja jonka ytimen muodostaa yksi protoni (subatomiset hiukkaset, joilla on massa ja positiivinen varaus).

Protoni-protoni-fuusioreaktiosykli on yhteenveto viidessä vaiheessa:

1. - Kahden protonin fuusio

Tähden sisällä kaksi vetyatomia, toisin sanoen kaksi protonia, sulautuvat muodostaen yhden ytimen.

2.- Deuteriumin muodostuminen

Tässä kahden protonin muodostamassa ytimessä yksi niistä muuttuu neutroniksi (subatomiseksi hiukkaseksi, jolla on massa, mutta ilman lataus), jolloin syntyy deuteriumin ydin, raskas vedyn isotooppi, jonka ydin muodostuu protonista ja neutroni. Tämä syklin vaihe vaatii energiaa ja siinä vapautuu positroni tai antielektroni (hiukkanen, jolla on samat elektronin ominaisuudet mutta positiivisella varauksella) ja elektroneutriinin tai leptonin (subatomiset hiukkaset, joiden massa on miljoona kertaa pienempi kuin elektroni).

3.- Helium-3-ytimien muodostuminen

Deuterium, joka on tuotettu syklin toisessa reaktiossa, osallistuu uuteen ydinfuusioreaktioon, joka sisältää protonin. Deuteriumytimen sulautuminen toiseen protoniin (vetyydin) tuottaa Helium-3-ytimen (koostuu kahdesta protonista ja yhdestä neutronista).

4- Kahden heliumytimen fuusio

Tässä neljännessä reaktiossa kaksi heliumydintä sulautuu yhteen saaden aikaan yhden ytimen, joka koostuu kahdesta neutronista ja neljästä protonista.

5. - Kahden protonin vapauttaminen

Syklin viimeisessä reaktiossa edellisessä reaktiossa muodostunut ydin muodostaa myös Helium-ytimen kutsutaan alfahiukkaseksi, joka koostuu kahdesta neutronista ja kahdesta protonista, kahden energian vapautumisen kautta protonit.

Protoni-protoni-fuusion koko sykli sisältää 25 MeV: n energian (mega-elektronivolttia).

Kuva: Planeetat

Jos haluat lukea lisää artikkeleita, jotka ovat samanlaisia ​​kuin Ydinfuusio tähdissä: yhteenveto, suosittelemme, että kirjoitat luokan Tähtitiede.

• Borexinon yhteistyö * (2014). Neutriinit Auringon primaari-protoni-fuusioprosessista. Stuttgart: Macmillan Publishers Limited.
• Davide Castelvecchi. (2020). Neutriinot paljastavat ydinfuusion viimeisen salaisuuden Auringossa. Tutkimus ja tiede. Barcelona: Scientific Press S.L.