NUCLEAR შერწყმა ვარსკვლავებში

ყველა ვარსკვლავი არის ვარსკვლავები, რომლებიც დიდი რაოდენობით ენერგიას გამოყოფენ რომ ისინი გამოსხივების სახით გამოყოფენ. გამონაბოლქვი მზიდან, ჩვენთან ყველაზე ახლოს მდებარე ვარსკვლავამდე, სინათლისა და სითბოს სახით აღწევს ჩვენამდე. ეს ფაქტი ბუნებრივად აღიქმება და კაცობრიობამ ეს იცის დროიდან. ამასთან, რაც უკვე აღარ არის აშკარა, არის რეაქციის ტიპი, რომელიც იწვევს ამ უზარმაზარი ენერგიის გამოყოფას. პროფესორის ამ გაკვეთილზე ჩვენ გეუბნებით რა ბირთვული შერწყმა ვარსკვლავებში.

ინდექსი

1. რა არის ბირთვული შერწყმა და როგორ ხდება მისი წარმოება?
2. როგორ წარმოიქმნება ენერგია ვარსკვლავებში?
3. როგორ ხდება ბირთვული შერწყმა ვარსკვლავებში?

ბირთვული შერწყმის რეაქციები, როგორც მათი სახელიდან ჩანს, არის ის ბირთვული რეაქციები, რომელშიც რამდენიმე ბირთვია მსუბუქი ატომები შეუთავსეთ შექმნას ახალი ატომი უფრო მძიმე ბირთვით პროტონის კომბინაციის პროდუქტი რამდენიმე სხვადასხვა ატომური ბირთვიდან. ამ ტიპის რეაქციის შედეგად მიღებული ბირთვის მასა შეიძლება ოდნავ ნაკლები იყოს ორი ატომის მასის ჯამზე, რომლებმაც მონაწილეობა მიიღეს რეაქციაში. განსხვავება მასაში გამოიყოფა რეაქციის ენერგიის სახით, შესაბამისად

რაც გულისხმობს დიდი რაოდენობით ენერგიის გამოყოფას. ამიტომ, ბირთვული შერწყმა ენერგიის გამომუშავების ძალიან ეფექტური გზაა, გაცილებით მეტი, ვიდრე ნებისმიერი ქიმიური რეაქცია, როგორიცაა ზეთის ან ხის წვა. ბირთვული შერწყმის რეაქცია წარმოქმნის დაახლოებით ათი მილიონჯერ მეტი ენერგია ვიდრე ნებისმიერი ქიმიური რეაქცია.

ამასთან, ამგვარი რეაქციები ისინი მხოლოდ ძალიან სპეციფიკურ პირობებში ხდება რომელშიც ორი მსუბუქი ბირთვის პოზიტიურ მუხტებს შორის მოგერიების ენერგიას გადააჭარბებს ბირთვული ძალა, რომელიც ყოველთვის მიმზიდველია და მოკლევადიანი. ეს მდგომარეობა მხოლოდ მაშინ ხდება, როდესაც ატომური ბირთვები დიდი სიჩქარით მოძრაობენ, რაც ძალიან მაღალ ტემპერატურას გულისხმობს. მაღალ ტემპერატურაზე ატომები პლაზმის ფორმისაა. პლაზმური მდგომარეობა არის მატერიის ის ფიზიკური მდგომარეობა, რომელშიც ბირთვები ელექტრონებისგან არის გამოყოფილი.

ამრიგად, შერწყმის რეაქციის მისაღწევად, ლოუსონის კრიტერიუმი, რომელიც ადგენს ტემპერატურის პირობებს, პლაზმის სიმკვრივეს და დროს, როდესაც ეს შენარჩუნებულია პირობები (ე.წ. პლაზმური შეზღუდვის დრო), რაც აუცილებელია რეაქციის გამოწვევისთვის ბირთვული fusion.

უმარტივესი განმარტება ვარსკვლავიეს არის ის, ვინც ამბობს, რომ ეს არის ვარსკვლავი, რომელიც საკუთარ სინათლეს ასხივებს. უფრო ღრმად შესვლისას, შეგვიძლია ვთქვათ, რომ ეს უზარმაზარია გაზის სფერო რევოლუციაში, სადაც გაზი გრავიტაციული ძალებით იზიდავს სფეროს ცენტრში, მიაღწევს მაღალ წნევას და ტემპერატურას, რომლებიც ისინი იწვევენ ბირთვულ რეაქციებს, რომლებიც გამოყოფენ დიდი რაოდენობით ენერგიას გარედან ელექტრომაგნიტური გამოსხივების, სინათლისა და ცხელი.

მოცემული ვარსკვლავი არის დიდი ბირთვული რეაქტორი, მისი შემადგენლობა არ არის მუდმივი და დროთა განმავლობაში ვითარდება მისი დაბადებიდან, როდესაც ვარსკვლავი აინთება ან "ირთვება"; სანამ ვარსკვლავი არ მოიხმარს მთელ თავის საწვავს და "არ მოკვდება".

ვარსკვლავის ცხოვრების სხვადასხვა ეტაპზე შეიცვლება შემადგენლობა და პირობები, რომელშიც გვხვდება მისი პლაზმა და მათთან ერთად ბირთვული შერწყმის რეაქციები რომ მის ბირთვს ვხვდებით.

ამ გაკვეთილზე დეტალურად ვნახავთ ყველაზე გავრცელებულ ბირთვულ შერწყმა რეაქციას მთავარ თანმიმდევრობის ვარსკვლავებში, მაგალითად ჩვენს მზე.

სურათი: პრეზი

ვარსკვლავებში ლოუსონის კრიტერიუმი ბირთვული შერწყმის რეაქციებისათვის. ამ შემთხვევაში, პლაზმის შეზღუდვა მოცემულია უზარმაზარი გრავიტაციული ძალით. შერწყმის სხვადასხვა რეაქცია მოითხოვს სხვადასხვა ტემპერატურისა და სიმკვრივის პირობებს, რათა მათ ოპტიმალურად ჩატარდნენ.

დამოკიდებულია ვარსკვლავის მასაზე და ასაკზე, შერწყმა რეაქციები შეიძლება მოხდეს მის ბირთვში სამი განსხვავებული ტიპი: პროტონ-პროტონის შერწყმა, ჰელიუმის შერწყმა ან ნახშირბადის ციკლი. როგორც შემაჯამებელი, ვნახავთ პროტონ-პროტონის რეაქციას, რაც ყველაზე ხშირია.

პროტონ-პროტონის შერწყმა: წყალბადის ჰელიუმში გარდაქმნა.

მთავარი მიმდევრობის ვარსკვლავი, იგი შედგება 70% წყალბადის, 28% ჰელიუმის და 1.5% ნახშირბადის, ოზონის, ჟანგბადის და ნეონის და 0,5% რკინის და სხვა ელემენტებისგან. ამიტომ თქვენი მთავარი საწვავი არის წყალბადის, რომელიც არის ყველაზე მარტივი ატომი და რომლის ბირთვი წარმოიქმნება ერთი პროტონისგან (სუბატომიური ნაწილაკი მასით და დადებითი მუხტით).

პროტონ-პროტონის შერწყმის რეაქციის ციკლი შეჯამებულია ხუთ ეტაპად:

1.- ორი პროტონის შერწყმა

ვარსკვლავის შიგნით წყალბადის ორი ატომი, ანუ ორი პროტონი, შერწყმულია და ქმნის ერთ ბირთვს.

2.- დეიტერიუმის ფორმირება

ორი პროტონის მიერ წარმოქმნილ ამ ბირთვში ერთი გარდაიქმნება ნეიტრონად (სუბატომური ნაწილაკი მასით, მაგრამ გარეშე მუხტი), წარმოშობს დეიტერიუმის ბირთვს, წყალბადის მძიმე იზოტოპს, რომელსაც აქვს ბირთვი, რომელიც შედგება პროტონისა და ნეიტრონი. ციკლის ეს საფეხური მოითხოვს ენერგიას და მასში გამოიყოფა პოზიტრონი ან ანტიელექტრონი (ნაწილაკი ელექტრონის იგივე მახასიათებლებით) მაგრამ დადებითი მუხტით) და ელექტრონის ნეიტრინო ან ლეპტონი (სუბატომური ნაწილაკი, რომელსაც აქვს მასა მილიონჯერ ნაკლები, ვიდრე მასა ელექტრონი).

3.- ჰელიუმ -3 ბირთვების წარმოქმნა

დეიტერიუმი, რომელიც მზადდება ციკლის მეორე რეაქციაში, მონაწილეობს ახალ ბირთვულ შერწყმა რეაქციაში, აერთიანებს პროტონს. დეიტერიუმის ბირთვის შერწყმა სხვა პროტონთან (წყალბადის ბირთვი) წარმოშობს ჰელიუმ -3 ბირთვს (შედგება ორი პროტონისა და ერთი ნეიტრონისგან).

4- ორი ჰელიუმის ბირთვის შერწყმა

ამ მეოთხე რეაქციაში ჰელიუმის ორი ბირთვი ერწყმის ერთმანეთს და წარმოქმნის ერთ ბირთვს, რომელიც შედგება ორი ნეიტრონისა და ოთხი პროტონისგან.

5.- ორი პროტონის გამოყოფა

ციკლის ბოლო რეაქციაში წინა რეაქციაში წარმოქმნილი ბირთვი ქმნის ჰელიუმის ბირთვს, ასევე ალფას ნაწილაკს უწოდებენ, რომელიც ორი ნეიტრონისა და ორი პროტონისგან შედგება, ორი ენერგიული გამოყოფის საშუალებით პროტონები.

პროტონ-პროტონის შერწყმის სრული ციკლი მოიცავს ენერგიის წარმოქმნას 25 მეგავატი (მეგა-ელექტრონული ვოლტი).

სურათი: პლანეტები

თუ გსურთ წაიკითხოთ სხვა მსგავსი სტატიები ბირთვული შერწყმა ვარსკვლავებში: რეზიუმეგირჩევთ შეიყვანოთ ჩვენი კატეგორია ასტრონომია.

• Borexino- ს თანამშრომლობა * (2014). ნეიტრონოები პირველადი პროტონისგან - პროტონის შერწყმის პროცესი მზეზე. შტუტგარტი: Macmillan Publishers Limited.
• დავიდე კასტელვეჩი. (2020) ნეიტრინოები მზეზე ბირთვული შერწყმის საბოლოო საიდუმლოს ამჟღავნებენ. კვლევა და მეცნიერება. ბარსელონა: Scientific Press S.L.