Güneşin füzyon işlemi neden hızlanmıyor?

Güneşin füzyon sürecinin sabit olduğunu söylemek doğru muyum, yani günde X miktarında füzyon az ya da çok oluyor mu? Bu neden hızlanmıyor, yani bir füzyon olayı iki füzyon olayı vb. İçin enerji yaratıyor? Her atom çarpışması bir füzyon olayına neden oluyor mu veya bir füzyon olayının gerçekleşme olasılığı bu nedenle kaçak bir tepki değil mi? Füzyon olayının gerçekleşme olasılığının her çarpışma için 10 ^12'de sadece 1 olduğunu duydum .

the-sun stellar-astrophysics

— Kallie
kaynak

Çekirdekteki füzyon tarafından üretilen enerji, radyasyonun çekirdekten yayılmasıyla kaybedilen enerji ile neredeyse tamamen dengelenir.

— Martin Bonner, Monica

@MartinBonner Buna katılıyorum - sorum şu ki, her çarpışma coulomb bariyerini veya sadece sınırlı bir miktar / yüzdeyi

— aşıyor

Füzyon işlemi sıcaklığa duyarlıdır. Bir yıldızın tipik olarak hidrodinamik bir dengede kalması nedeniyle sıcaklık değişmez, yani füzyon hızı sabittir.

— Kornpob Bhirombhakdi

Şimdi hızla hızlandığı bir noktada olsaydı, onu görmek için burada olmazdık. ;-) Yani farz edelim ki hız oldukça dengeye yakın bir zaman

— R. .. GitHub STOP HELICE BUZ

Yanlış olan soruda belirsiz bir nokta, ardışık füzyon olayları arasında doğrudan bir ilişki olması gerektiği ileri sürülmektedir. Bir füzyon olayı sadece genel termal enerjiye katkıda bulunur ve füzyon olaylarına neden olan termal harekettir; nükleer fisyonun aksine, bir füzyon olayı, doğrudan diğer füzyon olaylarını kıvılcımlayan reaksiyon ürünleri üretmez . Yani geriye kalan tek soru, küresel olarak enerji üretimi ve çevreye olan kaybın nasıl dengelendiğidir.

— Marc van Leeuwen

Yanıtlar:

Güneşin füzyon sürecinin sabit olduğunu söylemek doğru muyum, yani günde X miktarında füzyon az ya da çok oluyor mu?

Evet, en azından insan zaman ölçeklerinde. Güneş içindeki füzyon oranının bugün birkaç bin yıl önce veya gelecekte olduğu gibi olmasını bekleyebilir, küçük bir fraksiyon verebilir veya alabilirsiniz.

Bu neden hızlanmıyor, yani bir füzyon olayı iki füzyon olayı vb. İçin enerji yaratıyor?

Füzyon tarafından salınan enerji hızla güneşin merkezinde termal enerji olarak dağıtılır ve yüzey (6000K civarında) ve merkez (yaklaşık 15 milyon K) arasındaki sıcaklık farkı sıcaktan soğuğa bir enerji akışı sağlar.

Her atom çarpışması bir füzyon olayına neden oluyor mu veya bir füzyon olayının gerçekleşme olasılığı bu nedenle kaçak bir reaksiyon değil mi?

Güneşte füzyon kaçak bir nükleer reaksiyon değildir (bir fisyon reaksiyonunda kritik bir uranyum kütlesi gibi).

Teoride kaçak füzyon olaylarına sahip olmak mümkündür, ancak bunların gerçekleşmesi için basınç ve sıcaklığa güneşin çekirdeğinde yaklaşılmaz. Güneş gibi kararlı yıldızlar için, kuvvetler ve enerji akışları dengededir - çekirdek biraz ısınırsa, basınç artar ve yıldız dengeleme kuvvetine karşı hafifçe genişler. Yıldızlar dengeden düştüğünde ilginç şeyler olur ve bazı senaryolarda kaçak füzyon ateşlemesi olabilir .

Ek olarak, bu denge noktası, elementlerin karışımı füzyona bağlı olarak değiştikçe bir yıldızın ömrü boyunca hareket eder. Bu, birçok yıldız için öngörülebilir ve Hertzsprung-Russell diyagramındaki ana dizi yıldızlarının temelini oluşturur

Füzyon olayının gerçekleşme olasılığının her çarpışma için 10 ^ 12'de sadece 1 olduğunu duydum

Bunun doğruluğunu bilmiyorum, ama makul görünüyor. "Çarpışma" tanımı böyle sıcak ve yoğun bir ortamda biraz keyfi hale gelir. Yalnızca güçlü nükleer kuvvetin etkileşime hakim olmasını sağlayacak kadar yakın yaklaşımlar eklerseniz, oran daha yüksek olabilir.

Aynı alanda ilginç bulduğum bir başka gerçek, füzyondan elde edilen güç yoğunluğunun - yani maddenin metre küp başına Watt'ın - güneşte tipik bir kompost yığınında bulunanla aynı olmasıdır . Bir füzyon reaktör deneyinin veya çok daha yüksek güç yoğunluklarına sahip bir füzyon bombasının iç kısmından çok farklı bir ortamdır.

— Neil Slater
kaynak

Son noktanız, güneşin güçlü güç çıktısının bize kaynaşma gücü hakkında daha az şey anlatması ve güneşin ne kadar büyük olduğu hakkında daha fazla şey söylemek büyüleyici! Ve bir reaktörün "güneşin gücünü yeniden yarattığı" fikrinin bir çeşit

— aydınlatıcı

@SusanW Düşük güç yoğunluğunu, yerçekiminin ne kadar çok zayıf kuvvet olduğunun bir göstergesi olarak da görebilirsiniz. Hacim başına bu küçük güç çıkışı, tüm güneş kütlesinin beyaz cüce maddeye çökmesini durdurmak için yeterlidir. Yıldız füzyonu, en büyük yıldızların hidrojeni ne kadar hızlı tüketebildiklerini ve ölçeğin diğer ucundaki çökmeyi durdurmak için gerektiği kadar enerji üretebilir (bir noktaya kadar, yani kara delik yoğunluğu). , Güneş'e kıyasla en küçük olanın daha ne kadar devam edebileceğini.

— hyde

@SusanW İstatistik biraz saçma, çünkü tüm bu gücü üreten şey sadece çekirdek, bu da güneş hacminin% 1'inden daha azını oluşturuyor.

— Kübik

@Cubic: en azından anlayabildiğim kadarıyla , çekirdeğin güç yoğunluğu bu . Toplam güç ~

4 \times 10^{26} W

$4 \times 10^{26} W$ , toplam çekirdek hacmi ~

2 \times 10^{25} m^{3}

$2 \times 10^{25} m^3$ . Güç yoğunluğu ~

20 W m^{- 3}

$20 Wm^{-3}$ . Her ne kadar wikipedia'ya kıyasla bir yerlerde bir büyüklük sırasını kaybettim. . . Yine de güneşin alıntı yaptıkları toplam güçle başlıyorum. . . :-)

— Neil Slater

@NeilSlater Bu durumda ifadeyi yanlış yorumlamış olabilirim

— Cubic

Hayır, Güneş'in füzyon hızı zaman içinde kesinlikle sabit değildir. Güneş giderek daha aydınlık hale geliyor ve bu parlaklık neredeyse tamamen çekirdekteki füzyonla sağlanıyor. Bununla birlikte, artış oranı milyar yılda% 10 gibi büyük değildir.

Füzyon işlemi son derece yavaştır (ve birim hacim başına enerji salınımı açısından verimsizdir) - Güneş sadece 250 W / m serbest bırakır $^3$ özünde. Bunun nedeni, bunların arasındaki Coulomb engeli aşmak için, iki protonu gerektiren, füzyon etkinlikleri son derece olası değildir ve bir döteryum çekirdeği oluşturan bu nedenle bir nötron içine ters beta-çürümeye protonlar için bir tane.

Bir protonun çekirdekteki bu sürece karşı ortalama ömrü $10^{10}$ yıl (güneşin ömrü), yani proton başına füzyon oranı yaklaşık $3 \times 10^{-18}$ s $^{-1}$ . Bunu ortalama termal hızını varsayarak protonlar arasındaki çarpışma oranıyla karşılaştırabiliriz. $v \simeq (3k_B T/m_p)^{1/2} = 600$ km / s çekirdek sıcaklığı için $15\times 10^{6}$ k, proton sayısı yoğunluğu $n_p \sim 6 \times 10^{31}$ m $^{-3}$ çekirdeğinde ve $\sigma \sim \pi (\hbar/mv)^2$ Burada parantez içindeki terim de Broglie dalga boyunun azalmasıdır. Bunları bir araya getirmek, çarpışma oranı $n_p \sigma v \sim 10^{12}$ s $^{-1}$ .

Böylece iki oranı karşılaştırdığımızda, $3\times 10^{29}$ çarpışmalar füzyonla sonuçlanır.

Eğer Güneş'in füzyon hızı hızla yükselirse, o zaman olacak olan Güneşin genişleyeceği, çekirdeğin daha az yoğunlaşacağı ve füzyon hızının düşeceği yönündedir. Bu temelde bir termostat görevi görür ve Güneş'i kendi ağırlığını desteklemek ve yüzeyinden çıkan parlaklığı sağlamak için tam olarak doğru sıcaklıkta tutar.

— Rob Jeffries
kaynak

Ben "füzyon süreci son derece verimsiz" bunu başka bir yolla değiştirirdim, çünkü "verimsiz" enerjinin israf edildiğini ima ediyor, değil. Demek istediğim, füzyon süreci aslında son derece verimli ve güneşin milyarlarca yıl boyunca sabit kalmasına izin veriyor.

— hyde

Dahası, füzyonun neden kaçmadığına dair genel açıklama eksik. Tam hikaye olamayacak basit öykü, füzyon çok hızlı gerçekleşirse, ısı birikir ve aşırı basınç oluşturur. Bu aşırı basınç genleşmeye neden olur ve genleşme sıcaklığı düşürür ve radyasyon kaçış hızıyla eşleşene kadar füzyonu geri çevirir.

Bunun eksik olmasının nedeni, genişleme çalışmasının sadece sabit bir dış basınca karşı meydana gelmesi durumunda istikrarı sağlamamasıdır , bu miktar çalışma onu sabitlemek için her zaman yetersizdir (bu da bir yıldızın ömrünün ilerleyen saatlerinde "kabuk yanıp sönmesine" yol açar) . Füzyonu stabilize edebilen tek şey, yerçekimine karşı ek çalışmadır , çünkü yerçekiminin bu tür herhangi bir analize nasıl dahil edildiğini kolayca görebilirsiniz. Bu nedenle, yerel bir kaçakın gazı güneş merkezinden uzaklaştırarak net bir sonuç alması ve böylece yerçekimi çalışması yapması önemlidir - normalde açıklamaların dışında bırakılan önemli bir ayrıntı. Gerçekten de, güneş kaynaşmasının bir genleşme çalışması ve yerçekimi kaldırma kombinasyonu ile dengelendiğini söylemek daha adil olacaktır .

— Ken G
kaynak