Kernsamesmelting in die son: Vergelykings, Diagram, Oorsake, Stappe


In hierdie artikel gaan ons kernfusie in die sonreaksie, vergelyking, diagram, oorsaak en stappe uitvoerig bespreek.

Ons kry lig- en hitte-energie van die son. Daarom is die son die bron van lewe op hierdie aarde. Maar hier kom 'n vraag hoe energie in die son ontstaan. Die antwoord is kernfusie. Deur kernfusie ontstaan ​​reaksie-energie in die son.

Die kern van die son is die spesifieke plek waar kernfusie Vind plaas. Protonprotonsamesmelting is die spesifieke tipe kernfusie wat die rede is agter die ontstaan ​​van energie. In die proton proton siklus 'n proton of 1H1 kern kombineer met die ander proton om 'n helium te word (2He4) kern.

As gevolg van hierdie samesmeltingsproses word energie uitgestraal in die vorm van lig en hitte wat weer die son warm maak. Hierdie geproduseerde energie straal oor die sonnestelsel. 99% energie word uit die kern van die son uitgestraal wat verkry word uit kernfusie in die son.

Kernfusie in die son vanaf Wikipedia

Kernfusie in die sonreaksie

Die tempo van ontlading van energie in die son is 1026 joule per sekonde. Die temperatuur van die son is ongeveer 20 miljoen grade en sy ouderdom is ongeveer 5 x 109 jare. Dus is die totale uitgestraalde energie deur die son deur hierdie jare uiters hoog. Daar is 'n verwarring oor die bron van hierdie energie.

In 1928 het Atkinson en Houtermans voorgestel dat hierdie bron die kombinasie van vier protone is wat 'n alfa-deeltjie produseer. Volgens hulle kan dit net die bron van soveel energie vir hierdie lang tydperk wees. Die idee van sikliese kernreaksies is deur hulle voorgestel.

Termonukleêre reaksies kan hierdie sterenergie produseer – hierdie konsep is in 1938 deur Hans Bethe voorgestel. In hierdie reaksies word protone saamgesmelt om heliumkerne te vorm. Hierdie siklus word as die proton proton siklus. Hierdie siklus is van toepassing op die stertemperature wat relatief laag is.

Hieruit word die konsep van die rooi dwerg verkry. Die hoofbron van energie in die son en sterre is die protonprotonsiklus wat by 'n lae temperatuur plaasvind. Dit staan ​​bekend as die rooi dwerg.

Proton proton siklus vanaf Wikipedia

Kernfusie in die sonvergelyking

Die vergelykings van die protonprotonsiklus word hieronder geskryf:

(1) 1H1 + 1H11H2 + 1e0 + ν + 0.42 MeV

(2) 1H2 + 1H12He3 + γ + 5.5 MeV

(3) 2He3 + 2He32He4 + 2 1H1 + 12.8 MeV

Daar is 'n behoefte om vergelykings (1) en (2) twee keer in hierdie reaksiesiklus te voorkom. Dit kan in twee opgelewer word 2He3 kerne in (3). Die finale resultaat wat uit hierdie reaksies verkry kan word, is dat vier protone gekombineer word om 'n alfa-deeltjie te vorm.

In hierdie reaksies twee positrone, twee neutrino's en twee  γ fotone word ook geproduseer.

 4 1H1 2He4 + 2 1e0 + 2 ν + 2 γ

Die totale energie wat in hierdie siklus vrygestel word, is 24.6 MeV. Hier is die massaverskil 0.0286 u. Soos die neutrino's in hierdie reaksies wegspring, is die oorblywende energie ongeveer 24.3 MeV nadat die kernfusie in die son plaasvind waarin vier protone in een heliumkern saamgesmelt is.

Die konsentrasie van die protone raak dus uitgeput terwyl die konsentrasie helium opbou. Hierdie protonprotonsiklus van kernfusie in die son vind slegs plaas as die kinetiese energie van die protone of hul temperatuur so hoog bly om die wedersydse elektrostatiese afstoting te oorkom.

Kernfusie in die sondiagram

Die diagram van kernfusie in die son word hieronder getoon:

kernfusie in die son
Kernfusie in die son vanaf Wikipedia

Wat veroorsaak samesmelting in die son

Ons weet dat kernfusie in die son verkry kan word wanneer waterstofatome saamgesmelt het. Om saamgesmelt te word, moet hierdie atome nader aan mekaar kom. Wanneer twee kerne nader kom, probeer die protone binne-in elk van hulle mekaar afstoot aangesien albei positief gelaai is.

Kernfusie in die son kan nie plaasvind as hierdie probleem nie oorkom kan word nie. Daar is 'n aantal voorwaardes om van hierdie moeilikheid ontslae te raak. Hulle is-

Die elektrostatiese afstotingskrag kan oorkom word deur 'n hoë temperatuur te handhaaf wat hoë energie aan die waterstofatome verskaf.

  • 100 miljoen kelvin temperatuur is nodig om kernfusie in die son te veroorsaak. Hierdie temperatuur is ongeveer ses keer warmer as die kern van die son.
  • Waterstof gedra nie soos 'n gas by hierdie temperature nie, dit tree op soos 'n plasma. In die plasmatoestand word al die elektrone gebruik om uit die atome te ontsnap en hulle beweeg vrylik. Dit is 'n hoë-energie toestand van materie.
  • Die groot massa van die son help hom om hierdie hoë temperature te bereik en hierdie massa word saamgepers deur die swaartekrag in sy kern. Mikrogolwe, lasers en ioondeeltjies moet gebruik word om hierdie temperature te bereik.

Die waterstofatome word deur die hoë druk saamgepers. Die afstand tussen elke waterstof moet 1×10 wees-15m sodat hulle saamgesmelt kan word.

  • Die groot massa van die son en die swaartekrag is die twee hooffaktore wat deur die son gebruik word om die waterstofatome in sy kern saam te druk.
  • Intense magnetiese velde, kragtige lasers en ioonstrale word gebruik om die waterstofatome saam te druk.

Deuterium – deuteriumfusie sal in die nabye toekoms 'n beter reaksie kry aangesien onttrekking van deuterium uit die seewater makliker is as om tritium uit litium te produseer. Deuterium is nie radioaktief nie, maar hierdie deuterium-deuterium reaksie sal meer energie produseer.

Stappe van kernfusie in die son

Die stappe van die protonprotonsiklus van die kernfusie in die son word hieronder genoem:

STAP 1:

By die eerste stap van hierdie siklus word twee protone in die son saamgesmelt. Hierdie paar protone word die meeste van die tyd weer van mekaar geskei. Maar in 'n paar gevalle verander een van die protone homself in 'n neutron met behulp van die swakkes kernkrag.

'n Positron en 'n neutrino word ook saam met die neutron in hierdie reaksie geproduseer. Hierdie resulterende proton-neutron-paar word dikwels na verwys as deuterium.

STAP 2:

Na die eerste fase van die reaksie vind 'n botsing plaas tussen hierdie geproduseerde deuterium en 'n derde proton. As gevolg van hierdie botsing word 'n helium 3-kern en 'n gamma-deeltjie gevorm. Hierdie vrygestelde gammadeeltjies word as gammastrale uit die kern van die son uitgestraal.

Uiteindelik word hierdie strale as sonlig vrygestel.

STAP 3:

Daarna vind die botsing tussen twee helium 3-kerne plaas om 'n helium 4-kern te produseer. In hierdie reaksie word twee ekstra fotone ook geproduseer as neweprodukte van die reaksie wat as twee waterstowwe ontsnap.

Aanvanklik word 'n berillium 6-kern gevorm wat op sy beurt in helium 4-kern verander aangesien dit onstabiel van aard is.

Die totale massa van die reaktante wat die vier protone is, is groter as die massa van die helium 4-kern aangesien 'n deel van die massa in energie omgeskakel word volgens Einstein se massa-energie-verhouding,E = mc2. Hierdie oortollige energie word in die vorm van lig en hitte van die son vrygestel.

Hierdie energie moes baie lae fotosfeer bedek het om van die son te ontsnap. Die hoeveelheid van hierdie vrygestelde energie is baie betekenisvol aangesien die protonprotonsiklus teen 'n tempo van 9.2 x 10 plaasvind37 keer per sekonde. 0.7 % van die totale massa van die vier protone word in energie verander.

4.26 miljoen metrieke ton massa word per sekonde in energie verander. Uit die massa-energieverhouding van Einstein kan dit gestel word dat hierdie 4.26 miljoen metrieke ton materie 3.8 x 10 gee26 joule energie per sekonde.

Gevolgtrekking

Die gedetailleerde feite van die kernfusie in die son toegerus met die presiese diagram, vergelykings van die proton proton siklus, stappe van die siklus word in hierdie artikel beskryf.

Ankita Biswas

Hi...ek is Ankita Biswas. Ek het my B.Sc in fisika Honneurs en my M.Sc in Elektronika gedoen. Tans werk ek as 'n Fisika-onderwyser in 'n Hoër Sekondêre Skool. Ek is baie entoesiasties oor die hoë-energie fisika veld. Ek is mal daaroor om ingewikkelde fisika-konsepte in verstaanbare en eenvoudige woorde te skryf. Kom ons koppel deur LinkedIn: https://www.linkedin.com/in/ankita-biswas-b95785230

Onlangse plasings