NUKLEARNA Fuzija u zvijezdama

Sve zvijezde jesu zvijezde koje oslobađaju veliku količinu energije koje emitiraju u obliku zračenja. Emisije Sunca, nama najbliže zvijezde, dopiru do nas u obliku svjetlosti i topline. Ta se činjenica percipira prirodno i čovječanstvo je toga svjesno od početka vremena. Međutim, ono što više nije tako očito je vrsta reakcije koja rezultira oslobađanjem ove ogromne količine energije. U ovoj lekciji od PROFESORA kažemo vam što nuklearna fuzija u zvijezdama.

Indeks

1. Što je nuklearna fuzija i kako se proizvodi?
2. Kako se energija stvara u zvijezdama?
3. Kako se nuklearna fuzija događa u zvijezdama?

Reakcije nuklearne fuzije, kao što im samo ime govori, su one nuklearne reakcije u kojima nekoliko jezgri laki atomi kombinirati za stvaranje a novi atom s težom jezgrom proizvod kombinacije protona iz nekoliko različitih atomskih jezgri. Masa jezgre koja proizlazi iz ove vrste reakcije može biti nešto manja od zbroja mase dvaju atoma koji su sudjelovali u reakciji. Razlika u masi oslobađa se u obliku reakcijske energije, prema

Što uključuje oslobađanje velike količine energije. Stoga je nuklearna fuzija vrlo učinkovit način generiranja energije, puno više od bilo koje kemijske reakcije poput reakcije izgaranja nafte ili drva. Reakcija nuklearne fuzije generira približno deset milijuna puta više energije od bilo koje kemijske reakcije.

Međutim, ove vrste reakcija javljaju se samo u vrlo specifičnim uvjetima u kojem je energija odbijanja između pozitivnih naboja dviju svjetlosnih jezgri premašena nuklearnom silom, koja je uvijek privlačna i kratkog dometa. Ovo se stanje događa samo kada se atomske jezgre kreću velikom brzinom, što podrazumijeva vrlo visoke temperature. Na visokim temperaturama atomi su u obliku plazme. Stanje plazme je ono fizičko stanje materije, u kojem se jezgre odvajaju od elektrona.

Dakle, da bi se došlo do reakcije fuzije, Lawsonov kriterij, koji utvrđuje temperaturne uvjete, gustoću plazme i vrijeme u kojem se oni održavaju uvjeti (zvani vrijeme zadržavanja u plazmi), koji su neophodni za pokretanje reakcije nuklearna fuzija.

Najjednostavnija definicija a zvijezdaOna kaže da je to zvijezda koja emitira vlastitu svjetlost. Ulazeći malo dublje, možemo reći da je to ogromno plinska sfera u revoluciji, gdje plin gravitacijskim silama privlači središte kugle, dosežući visoke pritiske i temperature koje oni pokreću nuklearne reakcije koje oslobađaju velike količine energije prema van u obliku elektromagnetskog zračenja, svjetlosti i vruće.

S obzirom na zvijezda je sjajni nuklearni reaktor, njegov sastav nije stalan i razvija se tijekom vremena od rođenja, kad se zvijezda zapali ili "uključi"; sve dok zvijezda ne potroši sve svoje gorivo i "umre".

Kroz različite faze života zvijezde mijenjaju se sastav i uvjeti u kojima se nalazi njezina plazma, a s njima i reakcije nuklearne fuzije koje nalazimo u njegovoj srži.

U ovoj ćemo lekciji detaljno vidjeti najčešće reakcije nuklearne fuzije u zvijezdama glavnog slijeda, poput naše Sunce.

Slika: Prezi

U zvijezdama Lawsonov kriterij kako bi se odvijale reakcije nuklearne fuzije. U ovom slučaju, zadržavanje plazme daje ogromna gravitacijska sila. Različite reakcije fuzije zahtijevaju različite uvjete temperature i gustoće da bi se oni odvijali optimalno.

Ovisno o masi i starosti zvijezde, mogu biti reakcije fuzije koje se odvijaju u njezinoj jezgri tri različite vrste: fuzija protona i protona, fuzija helija ili ciklus ugljika. Kao sažetak, vidjet ćemo proton-protonsku reakciju koja je najčešća.

Fuzija protona i protona: transformacija vodika u helij.

Zvijezda glavne sekvence sastoji se od 70% vodika, 28% helija i 1,5% ugljika, ozona, kisika i neona te 0,5% željeza i drugih elemenata. Stoga vaše glavno gorivo je vodik, koji je najjednostavniji atom i čiju jezgru čini jedan proton (subatomska čestica s masom i pozitivnim nabojem).

Reakcijski ciklus fuzije protona i protona sažet je u pet koraka:

1.- Fuzija dva protona

Unutar zvijezde, dva atoma vodika, odnosno dva protona, stapaju se i čine jednu jezgru.

2.- Stvaranje deuterija

U ovoj jezgri koju čine dva protona, jedan od njih pretvara se u neutron (subatomska čestica s masom, ali bez naboj), što stvara jezgru deuterija, teški izotop vodika koji ima jezgru koja se sastoji od protona i neutron. Ovaj korak ciklusa zahtijeva energiju i u njemu se oslobađa pozitron ili antielektron (čestica s istim karakteristikama elektrona ali s pozitivnim nabojem) i elektronskim neutrinom ili leptonom (subatomska čestica koja ima milion puta manju masu od mase elektron).

3.- Stvaranje jezgri helija-3

Deuterij, proizveden u drugoj reakciji ciklusa, sudjeluje u novoj reakciji nuklearne fuzije koja uključuje proton. Fuzija jezgre deuterija s drugim protonom (jezgra vodika) daje jezgru Helij-3 (koju čine dva protona i jedan neutron).

4- Fuzija dvije jezgre helija

U ovoj četvrtoj reakciji, dvije se jezgre helija stapaju, dajući jedinstvenu jezgru koja se sastoji od dva neutrona i četiri protona.

5.- Otpuštanje dva protona

U posljednjoj reakciji ciklusa, jezgra nastala u prethodnoj reakciji tvori i jezgru helija nazvana alfa čestica, koja se sastoji od dva neutrona i dva protona, kroz energetsko oslobađanje dva protoni.

Kompletni ciklus fuzije protona i protona uključuje proizvodnju energije od 25 MeV (mega-elektronski volti).

Slika: Planeti

Ako želite pročitati više članaka sličnih Nuklearna fuzija u zvijezdama: sažetak, preporučujemo da uđete u našu kategoriju Astronomija.

• Borexino Collaboration * (2014). Neutrini iz primarnog procesa protonske fuzije protona na Suncu. Stuttgart: Macmillan Publishers Limited.
• Davide Castelvecchi. (2020). Neutrini otkrivaju konačnu tajnu nuklearne fuzije na Suncu. Istraživanje i znanost. Barcelona: Scientific Press S.L.