JEDRSKA Fuzija v zvezdah

Vse zvezde so zvezde, ki sproščajo veliko količino energije da oddajajo v obliki sevanja. Emisije Sonca, nam najbližje zvezde, nas dosežejo v obliki svetlobe in toplote. To dejstvo dojemajo naravno in človeštvo se ga zaveda že od začetka časa. Kar pa ni več tako očitno, je vrsta reakcije, ki povzroči sprostitev te ogromne količine energije. V tej lekciji od PROFESORJA vam povemo, kaj jedrska fuzija v zvezdah.

Kazalo

1. Kaj je jedrska fuzija in kako se proizvaja?
2. Kako se v zvezdah ustvarja energija?
3. Kako pride do jedrske fuzije v zvezdah?

Jedrske fuzijske reakcije, kot že ime pove, so tiste jedrske reakcije, pri katerih je več jeder lahki atomi združite, da ustvarite nov atom s težjim jedrom produkt kombinacije protonov iz več različnih atomskih jeder. Masa jedra, ki je posledica te vrste reakcije, je lahko nekoliko manjša od vsote mase dveh atomov, ki sta sodelovala v reakciji. Razlika v masi se sprosti v obliki reakcijske energije, glede na enačba E = mc².

Kar vključuje sproščanje velike količine energije. Zato je jedrska fuzija zelo učinkovit način pridobivanja energije, veliko bolj kot katera koli kemična reakcija, kot je reakcija zgorevanja nafte ali lesa. Reakcija jedrske fuzije ustvari približno deset milijonov krat več energije kot katera koli kemična reakcija.

Vendar tovrstne reakcije pojavijo se le v zelo specifičnih pogojih pri kateri energijo odbijanja med pozitivnimi naboji dveh lahkih jeder preseže jedrska sila, ki je vedno privlačna in kratkega dosega. Ta pogoj se pojavi le, kadar se atomska jedra premikajo z veliko hitrostjo, kar pomeni zelo visoke temperature. Pri visokih temperaturah so atomi v obliki plazme. Stanje plazme je tisto fizikalno stanje snovi, pri katerem se jedra ločijo od elektronov.

Torej, da bi prišlo do fuzijske reakcije, Lawsonovo merilo, ki določa temperaturne pogoje, gostoto plazme in čas njihovega vzdrževanja pogoji (imenovani čas zadrževanja v plazmi), ki so potrebni za sprožitev reakcije jedrska fuzija.

Najenostavnejša definicija a zvezdaTa pravi, da gre za zvezdo, ki oddaja svojo svetlobo. Če gremo globlje, lahko rečemo, da je ogromno plinska sfera v revoluciji, kjer plin v središče krogle privlačijo gravitacijske sile, ki dosegajo visoke tlake in temperature sprožijo jedrske reakcije, ki sproščajo velike količine energije navzven v obliki elektromagnetnega sevanja, svetlobe in vroče.

Glede na zvezda je odličen jedrski reaktor, njegova sestava ni konstantna in se sčasoma spreminja od rojstva, ko se zvezda vžge ali "vklopi"; dokler zvezda ne porabi vsega goriva in ne "umre".

V različnih fazah življenja zvezde se sestava in pogoji, v katerih se nahaja njena plazma, spreminjajo, z njimi pa tudi reakcije jedrske fuzije ki ga najdemo v njegovem jedru.

V tej lekciji bomo podrobno videli najpogostejšo reakcijo jedrske fuzije v zvezdah glavnega zaporedja, kot je naša Sonce.

Slika: Prezi

V zvezdah Lawsonovo merilo za reakcije jedrske fuzije. V tem primeru zadrževanje plazme daje ogromna gravitacijska sila. Različne fuzijske reakcije zahtevajo različne temperaturne in gostotne pogoje, da lahko potekajo optimalno.

Odvisno od mase in starosti zvezde so lahko fuzijske reakcije, ki potekajo v njenem jedru tri različne vrste: fuzija protona in protona, fuzija helija ali ogljikov cikel. Kot povzetek bomo videli protonsko-protonsko reakcijo, ki je najpogostejša.

Fuzija protona in protona: pretvorba vodika v helij.

Glavna zvezda je sestavljena iz 70% vodika, 28% helija in 1,5% ogljika, ozona, kisika in neona ter 0,5% železa in drugih elementov. Zato vaše glavno gorivo je vodik, ki je najpreprostejši atom in katerega jedro tvori en sam proton (subatomski delec z maso in pozitivnim nabojem).

Cikel fuzije protona in protona je strnjen v petih korakih:

1. - Fuzija dveh protonov

Znotraj zvezde se dva atoma vodika, torej dva protona, zlijeta in tvorita eno jedro.

2. - tvorba devterija

V tem jedru, ki ga tvorita dva protona, se eden od njih pretvori v nevtron (subatomski delec z maso, vendar brez naboj), kar povzroči jedro devterija, težkega izotopa vodika, ki ima jedro, sestavljeno iz protona in nevtron. Ta korak cikla zahteva energijo in v njem se sprosti pozitron ali antielektron (delec z enakimi lastnostmi elektrona vendar s pozitivnim nabojem) in elektronskim nevtrinom ali leptonom (subatomski delci, ki imajo milijonkrat manjšo maso od mase elektrona).

3. - Nastanek jeder helija-3

Devterij, ki nastane v drugi reakciji cikla, sodeluje v novi reakciji jedrske fuzije, ki vključuje proton. Iz fuzije jedra devterija z drugim protonom (vodikovo jedro) nastane jedro helija-3 (sestavljeno iz dveh protonov in enega nevtrona).

4- Fuzija dveh helijevih jeder

V tej četrti reakciji se dve jedri helija združita, da nastane eno jedro, sestavljeno iz dveh nevtronov in štirih protonov.

5. - Sprostitev dveh protonov

V zadnji reakciji cikla jedro, ki je nastalo v prejšnji reakciji, tvori tudi helijevo jedro imenovan alfa delček, ki je sestavljen iz dveh nevtronov in dveh protonov, z energijskim sproščanjem dveh protoni.

Celoten cikel protonsko-protonske fuzije vključuje proizvodnjo energije 25 MeV (mega-elektronskih voltov).

Slika: Planeti

Če želite prebrati več podobnih člankov Jedrska fuzija v zvezdah: povzetek, priporočamo, da vnesete našo kategorijo Astronomija.

• Borexino Collaboration * (2014). Nevtrini iz primarnega procesa protonsko-protonske fuzije na Soncu. Stuttgart: Macmillan Publishers Limited.
• Davide Castelvecchi. (2020). Nevtrini razkrijejo zadnjo skrivnost jedrske fuzije na Soncu. Raziskave in znanost. Barcelona: Scientific Press S.L.