تبلیغات
دنیای فیزیك از دریچه پارس فیزیک

همجوشی خورشیدی




تصویر


دیدکلی

منشأ انرژی تابشی خورشید و دیگر ستاره‌ها یک سری از واکنشهای هسته‌ای انرژی‌زا است. اتمهایی که در‌ این واکنشها در درون ستاره شرکت می‌‌کنند کاملا یونیده‌اند، یعنی تمامی الکترونها از آنها کنده شده است. حیات بر روی زمین به واکنشهایی گرما هسته‌ای وابسته است که در مرکز خورشید روی می‌‌دهد و انرژی آزاد می‌‌کند که در نهایت به صورت گرما و نور از سطح خورشید خارج می‌‌شود. همجوشی خورشیدی نوعی واکنش گرما هسته‌ای است.



تصویر




واکنش گرما هسته‌ای

برای رسیدن به واکنش همجوشی در مقیاس بزرگ نیاز به گازی در دمای فوق العاده بالا (پلاسما) است. که حرکت گرمایی کاتوره‌ای شدید سبب برخوردهای مکرر در سرعت زیاد می‌‌شود. این گونه واکنشهای همجوشی در پلاسما را واکنشهای گرما هسته‌ای گویند.


دمای لازم برای شروع همجوشی باید در حدود دمای مرکز خورشید ، 15x106 کلوین یا بیشتر باشد.

زنجیر پروتون – پروتون

خورشید راکتور هسته‌ای عظیمی است که در آن هسته‌های هیدروژن موجود به هم جوش می‌‌خورند ، تا هسته‌های هلیوم حاصل شوند. این سوخت گرما هسته‌ای هیدروژن ، فرایندی سه مرحله‌ای را می‌‌پیماید که به آن زنجیره پروتون - پروتون می‌‌گویند.

مراحل مختلف زنجیره پروتون - پروتون

مرحله اول

مرحله اول شامل همجوشی دو پروتون است که به تشکیل یک دوتریوم و بیرون انداختن همزمان یک پاد الکترون و یک نوترینو ختم می‌‌شود. پاد الکترون تقریبا بلافاصله با یکی از بیشمار الکترونها موجود در پلاسما برخورد می‌‌کند و با آن الکترون نابود می‌‌شود و به گسیل دو پرتو گاما می‌‌انجامد.


1H + 1H → 2H + e + γ 1.19mev

مرحله دوم

مرحله بعدی شامل همجوشی هیدروژن با دوتریوم و تولید 3He است.


1H + 2H →3H + e + γ 1.19mev

مرحله سوم

عبارت است از همجوشی دو هسته 3He که به تشکیل هلیوم معمولی (4He) و بیرون اندازی همزمان دو پروتون پر انرژی ختم می‌‌شود. چون در مرحله پایانی به دو دسته 3He نیاز است ، برای آنکه مرحله پایانی بتواند یکبار روی دهد، لازم است که مراحل پیشین دوبار قبلا روی داده باشند. به ‌این ترتیب زنجیره پروتون – پروتون چهار پروتون مصرف می‌‌کند تا یک هسته 4He ایجاد کند.




تصویر




نوترینو حاصل در مرحله اول

در مرحله اول زنجیره پروتون - پروتون نوترینو آزاد می‌‌شود. به این ترتیب ، مرکز خورشید نه تنها منبع گرماست، بلکه چشمه شار فراوانی از نوترینو‌ها هم هست. چون برهمکنش نوترینوها با ماده خیلی ضعیف است ، ماده موجود در خورشید (و در زمین) برای نوترینوها تقریبا شفاف است ، واین ذرات بدون هیچ مانعی از مرکز خورشید به خارج جاری می‌‌شوند.

چرخه کربن

سوزاندن گرما هسته‌ای هیدروژن داخل خورشید ممکن است از طریق یک فرآیند شش مرحله‌ای که به آن چرخه کربن گویند، انجام پذیرد.
(1H + 12C → 13N + γ (1.95MeV

(13N → 13C + -e + r(2.22 MeV

(1H + 13C → 14N + γ (7.54 MeV

(1H + 14N → 15O + (7.35 MeV

(15O → 15N + -e + γ (2.71 MeV

(11H + 15N → 14C + 6He (4.96 MeV

در آخرین مرحله مجددا کربنی تولید می‌‌شود که در مرحله اول تخریب شده است. به این ترتیب کربن یک چرخه را از سر می‌‌گذراند، کربن صرفا به عنوان یک کاتالیزور عمل می‌‌کند که مقدار متوسط آن ثابت می‌‌ماند. انرژی آزاد شده به ازای هر پروتون مصرفی تقریبا برابر زنجیر پروتونی است.

فرآیند غالب در خورشید

در خورشید ، فرایند همجوشی غالب همانا زنجیره پروتون – پروتون است ، اما در ستارگان داغتر از خورشید ، فرایند غالب چرخه کربن است. دلیل تغییر فرآیند غالب این است که در دماهای معمولی بالاتر (و سرعتهای بالاتر) برای پروتون تسلط برسد قوی کولنی 12C ساده‌تر می‌‌شود و این امر منجر به این می‌‌شود که واکنش در مرحله اول چرخه کربن ، با آهنگ سریعتری انجام پذیرد.

به نقل از  رشد






ادامه مطلب...