Космология - 55. Термоядерная реакция
Представляет собой основу того, что творится в звездах, поэтому им и предшествует. С самого момента открытия не прекращаются попытки промышленного использования, которые пока что существенного успеха не достигли.
Основная схема такая, что при большой температуре атомы легких элементов сталкиваются, и получаются тяжелые атомы и много энергии вдобавок.
В нормальных условиях атомы отталкиваются, так как положительно заряжены, а чтобы сливались, они должны приблизиться на расстояние, на котором действуют сильные взаимодействия (очень маленькое). Поэтому чтобы вступить в реакцию, ядра должны преодолеть потенциальный барьер (набрать энергию). Например, для реакции дейтерий-тритий величина этого барьера составляет примерно 0,1 МэВ. В то же время, энергия ионизации водорода - 13 эВ. Таким образом, если в веществе есть термоядерная реакция, то оно по-любому уже плазма.
Термоядерная реакция может быть существенно облегчена при введении в реакционную плазму отрицательно заряженных мюонов.
Простейшая, и которая происходит на Солнце, это H+H=He, то есть гелий из двух водородов (горение гелия).
В более старых звездах, чем наша, происходит горение гелия с образованием углерода (тройной альфа-процесс) и небольших количеств бериллия. В связи с распространенностью такого процесса, углерода во вселенной довольно много, так что жизни на Земле повезло, что она состоит в основном из углерода и водорода, когда Солнце взорвется, в принципе не пропадем.
Ионизированного гелия (то есть He+) в результате первичной реакции горения водорода в звездах получается дохуя. Поэтому помимо основного процесса горения углерода идет множество других альфа-процессов (альфа-процесс (α-процесс) - ядерная реакция захвата α-частиц ядрами лёгких элементов), в результате образуется довольно много элементов, которые отстоят от углерода на четыре номера вперед (кислород, неон, магний, кремний, сера, аргон, кальций, титан, хром, железо, никель).
Когда же весь углерод выгорит, идет цепь процессов:
«Горение» углерода - образование Ne, Mg
«Горение» кислорода - образование Si, S
«Горение» неона - образование Ar, Ca
«Горение» кремния - образование Fe, Ni.
Короче, все кончается тем, что железа в старых звездах очень много. Из железа соответственно и состоят твердые планеты, такие как наша Земля. Все железо, которое в земле, возникло в результате горения очень-очень старой звезды, такой, что она пережгла уже и водород, и углерод, и кислород и так далее, вплоть до железа.
Элементы тяжелее железа в принципе в звездах образуются, но за счет других механизмов (не за счет альфа-захвата) и очень мало.
В совсем больших звездах, таких, как красные гиганты, нуклеосинтез идет слоями: в верхних сравнительно холодных слоях синтезируется гелий, потом гелий спускается на один слой ниже, и там синтезируется азот, ниже углерод, и так до ядра, где уже куется железо.
Как только мы хоть что-то из этого сможем воспроизводить, то сможем обходиться без звезд, потому что у нас будет много и энергии, и вещества, а водород можно брать просто из межзвездного газа. Но пока не можем.
Термоядерный синтез на Солнце:
Основная схема такая, что при большой температуре атомы легких элементов сталкиваются, и получаются тяжелые атомы и много энергии вдобавок.
В нормальных условиях атомы отталкиваются, так как положительно заряжены, а чтобы сливались, они должны приблизиться на расстояние, на котором действуют сильные взаимодействия (очень маленькое). Поэтому чтобы вступить в реакцию, ядра должны преодолеть потенциальный барьер (набрать энергию). Например, для реакции дейтерий-тритий величина этого барьера составляет примерно 0,1 МэВ. В то же время, энергия ионизации водорода - 13 эВ. Таким образом, если в веществе есть термоядерная реакция, то оно по-любому уже плазма.
Термоядерная реакция может быть существенно облегчена при введении в реакционную плазму отрицательно заряженных мюонов.
Простейшая, и которая происходит на Солнце, это H+H=He, то есть гелий из двух водородов (горение гелия).
В более старых звездах, чем наша, происходит горение гелия с образованием углерода (тройной альфа-процесс) и небольших количеств бериллия. В связи с распространенностью такого процесса, углерода во вселенной довольно много, так что жизни на Земле повезло, что она состоит в основном из углерода и водорода, когда Солнце взорвется, в принципе не пропадем.
Ионизированного гелия (то есть He+) в результате первичной реакции горения водорода в звездах получается дохуя. Поэтому помимо основного процесса горения углерода идет множество других альфа-процессов (альфа-процесс (α-процесс) - ядерная реакция захвата α-частиц ядрами лёгких элементов), в результате образуется довольно много элементов, которые отстоят от углерода на четыре номера вперед (кислород, неон, магний, кремний, сера, аргон, кальций, титан, хром, железо, никель).
Когда же весь углерод выгорит, идет цепь процессов:
«Горение» углерода - образование Ne, Mg
«Горение» кислорода - образование Si, S
«Горение» неона - образование Ar, Ca
«Горение» кремния - образование Fe, Ni.
Короче, все кончается тем, что железа в старых звездах очень много. Из железа соответственно и состоят твердые планеты, такие как наша Земля. Все железо, которое в земле, возникло в результате горения очень-очень старой звезды, такой, что она пережгла уже и водород, и углерод, и кислород и так далее, вплоть до железа.
Элементы тяжелее железа в принципе в звездах образуются, но за счет других механизмов (не за счет альфа-захвата) и очень мало.
В совсем больших звездах, таких, как красные гиганты, нуклеосинтез идет слоями: в верхних сравнительно холодных слоях синтезируется гелий, потом гелий спускается на один слой ниже, и там синтезируется азот, ниже углерод, и так до ядра, где уже куется железо.
Как только мы хоть что-то из этого сможем воспроизводить, то сможем обходиться без звезд, потому что у нас будет много и энергии, и вещества, а водород можно брать просто из межзвездного газа. Но пока не можем.
Термоядерный синтез на Солнце:
Click to view