Jaderná fúze na slunci: rovnice, diagram, příčiny, kroky

V tomto článku budeme podrobně diskutovat o jaderné fúzi ve sluneční reakci, rovnici, diagramu, příčině a krocích.

Světelnou a tepelnou energii získáváme ze slunce. Slunce je tedy zdrojem života na této zemi. Zde se ale nabízí otázka, jak vzniká energie na slunci. Odpověď je jaderná fúze. Prostřednictvím reakce jaderné fúze vzniká energie ze Slunce.

Jádrem slunce je konkrétní místo, kde jaderná fúze koná se. Protonová protonová fúze je specifickým typem jaderné fúze, která je důvodem vzniku energie. V protonovém protonovém cyklu se proton resp ₁H¹ jádro se spojí s jiným protonem a vznikne helium (₂He⁴) jádro.

V důsledku tohoto procesu fúze je energie vyzařována ve formě světla a tepla, díky čemuž je slunce horké. Takto vyrobená energie vyzařuje sluneční soustavu. 99 % energie je vyzařováno ze slunečního jádra, které se získává jadernou fúzí na slunci.

Jaderná fúze ve sluneční reakci

Rychlost výboje energie na slunci je 10²⁶ jouly za sekundu. Teplota Slunce je asi 20 milionů stupňů a jeho stáří je přibližně 5 x 10⁹ let. Takže celková energie vyzařovaná Sluncem během těchto let je extrémně vysoká. Existuje zmatek ohledně zdroje této energie.

V roce 1928 Atkinson a Houtermans navrhli, že tento zdroj je kombinací čtyř protonů, které produkují částici alfa. Podle nich to může být pouze zdrojem takového množství energie po tuto dlouhou dobu. Myšlenka cyklických jaderných reakcí byla navržena jimi.

Termonukleární reakce mohou produkovat tuto hvězdnou energii – tento koncept navrhl Hans Bethe v roce 1938. Při těchto reakcích se protony spojují za vzniku jader helia. Tento cyklus se nazývá protonový protonový cyklus. Tento cyklus je použitelný pro hvězdné teploty, které jsou relativně nízké.

Z toho je odvozen koncept červeného trpaslíka. Hlavním zdrojem energie ve slunci a hvězdách je protonový protonový cyklus, který probíhá při nízké teplotě. Toto je známé jako červený trpaslík.

Jaderná fúze v rovnici Slunce

Rovnice protonového protonového cyklu jsou napsány níže:

(1) ₁H¹ + ₁H¹ → ₁H² + ₁e⁰ + v + 0.42 MeV

(2) ₁H² + ₁H¹ → ₂He³ + y + 5.5 MeV

(3) ₂He³ + ₂He³ → ₂He⁴ + 2 ₁H¹ + 12.8 MeV

V tomto cyklu reakcí je potřeba vyskytovat se rovnice (1) a (2) dvakrát. To lze získat ve dvou ₂He³ jádra v (3). Konečný výsledek, který lze z těchto reakcí získat, je ten, že se čtyři protony spojí za vzniku alfa částice.

V těchto reakcích dva pozitrony, dvě neutrina a dva  γ vznikají také fotony.

 4 ₁H¹ → ₂He⁴ + 2 ₁e⁰ + 2 ν + 2 γ

Celková energie, která se uvolní v tomto cyklu, je 24.6 MeV. Zde je hmotnostní rozdíl 0.0286 u. Když neutrina při těchto reakcích unikají, zbytková energie je asi 24.3 MeV po jaderné fúzi na slunci, při které se čtyři protony sloučí do jednoho jádra helia.

Tím se koncentrace protonů vyčerpá, zatímco koncentrace helia narůstá. K tomuto protonovému protonovému cyklu jaderné fúze na slunci dochází pouze tehdy, pokud kinetická energie protonů nebo jejich teplota zůstane tak vysoká, aby překonala vzájemné elektrostatické odpuzování.

Jaderná fúze ve slunečním diagramu

Diagram jaderné fúze na Slunci je uveden níže:

Co způsobuje fúzi na Slunci

Víme, že jadernou fúzi na slunci lze dosáhnout, když se atomy vodíku sloučí dohromady. Aby se tyto atomy spojily, měly by se k sobě přiblížit. Když se dvě jádra přiblíží, protony uvnitř každého z nich se snaží odpuzovat, protože obě jsou kladně nabitá.

Jaderná fúze na slunci nemůže proběhnout, pokud tento problém není možné překonat. Existuje řada podmínek, jak se této obtížnosti zbavit. Oni jsou-

Elektrostatickou odpudivou sílu lze překonat udržováním vysoké teploty, která poskytuje atomům vodíku vysokou energii.

• K vyvolání jaderné fúze na Slunci je zapotřebí teplota 100 milionů kelvinů. Tato teplota je asi šestkrát vyšší než teplota jádra Slunce.
• Vodík se při těchto teplotách nechová jako plyn, chová se jako plazma. V plazmovém stavu jsou všechny elektrony použity k úniku z atomů a volně se pohybují. Je to vysokoenergetický stav hmoty.
• Velká hmota Slunce mu pomáhá dosáhnout těchto vysokých teplot a tato hmota je stlačována gravitační silou v jeho jádru. K dosažení těchto teplot by měly být použity mikrovlnné trouby, lasery a iontové částice.

Atomy vodíku jsou stlačeny dohromady vysokým tlakem. Vzdálenost mezi každým vodíkem by měla být 1×10^-15m, aby se mohly spojit dohromady.

• Velká hmotnost Slunce a gravitační síla jsou dva hlavní faktory, které Slunce používá ke stlačování atomů vodíku ve svém jádru.
• Intenzivní magnetická pole, výkonné lasery a iontové paprsky se používají ke stlačení atomů vodíku dohromady.

Deuterium – fúze deuteria bude mít v blízké budoucnosti lepší odezvu, protože extrakce deuteria z mořské vody je jednodušší než výroba tritia z lithia. Deuterium není radioaktivní, ale tato reakce deuterium-deuterium produkuje více energie.

Kroky jaderné fúze na slunci

Kroky protonového protonového cyklu jaderné fúze na Slunci jsou uvedeny níže:

KROK 1:

V prvním kroku tohoto cyklu se na slunci spojí dva protony. Tento pár protonů se od sebe po většinu času opět oddělí. Ale v několika případech se jeden z protonů promění v neutron s pomocí slabých jaderná síla.

S neutronem při této reakci vzniká také pozitron a neutrino. Tento výsledný proton-neutronový pár je často označován jako deuterium.

KROK 2:

Po první fázi reakce dochází ke srážce mezi takto vytvořeným deuteriem a třetím protonem. Výsledkem této srážky je vytvoření jádra helia 3 a částice gama. Tyto uvolněné gama částice jsou emitovány z jádra slunce jako gama paprsky.

Nakonec jsou tyto paprsky uvolněny jako sluneční světlo.

KROK 3:

Poté dojde ke srážce mezi dvěma jádry helia 3 za účelem vytvoření jádra helia 4. Při této reakci se také vytvoří dva další fotony jako vedlejší produkty reakce, které uniknou jako dva vodíky.

Nejprve se vytvoří jádro berylia 6, které se zase přemění na jádro helia 4, protože je v přírodě nestabilní.

Celková hmotnost reaktantů, kterými jsou čtyři protony, je větší než hmotnost jádra helia 4, protože část hmoty se přeměňuje na energii podle Einsteinova vztahu hmotnost-energie,E = mc². Tato přebytečná energie se uvolňuje ve formě světla a tepla ze slunce.

Tato energie musela pokrýt mnoho vrstev fotosféry, aby unikla ze Slunce. Množství této uvolněné energie je velmi významné, protože protonový protonový cyklus probíhá rychlostí 9.2 x 10³⁷ krát za sekundu. 0.7 % celkové hmotnosti čtyř protonů se přemění na energii.

4.26 milionů metrických tun hmoty se přemění na energii za sekundu. Z Einsteinova hmotnostního energetického vztahu lze konstatovat, že těchto 4.26 milionů metrických tun hmoty dává 3.8 x 10²⁶ jouly energie za sekundu.

Proč investovat do čističky vzduchu?

Podrobné fakta o jaderné fúzi na slunci vybaveném přesným diagramem,rovnice protonového protonového cyklu,kroky cyklu jsou popsány v tomto článku.

Přečtěte si více o 5 důležitých fází Slunce a Odpad z jaderné syntézy.

Také čtení:

• Příklady jaderného štěpení
• Příklady jaderné fúze
• Kdy začíná jaderná fúze
• Odpad z jaderné fúze
• Je možná jaderná fúze
• Jaderná fúze ve hvězdách
• Příklady jaderných reakcí
• Proces jaderné fúze
• Příklady jaderných paliv
• Je jaderná fúze obnovitelná