Автор Екатерина Котюкова задал вопрос в разделе Естественные науки
Почему солнце не взрывает. как термояд. бомба? и получил лучший ответ
Ответ от Cheery[гуру]
Почему не "взрывается"? там именно такие процессы и происходят.
В 1935 году Ханс Бете выдвинул гипотезу, что источником солнечной энергии может быть термоядерная реакция превращения водорода в гелий. Именно за это Бете получил Нобелевскую премию в 1967 году.
Химический состав Солнца примерно такой же, как и у большинства других звезд. Примерно 75 % – это водород, 25 % – гелий и менее 1 % – все другие химические элементы (в основном, углерод, кислород, азот и т. д.) . Сразу после рождения Вселенной «тяжелых» элементов не было совсем. Все они, т. е. элементы тяжелее гелия и даже многие альфа-частицы, образовались в ходе «горения» водорода в звездах при термоядерном синтезе. Характерное время жизни звезды типа Солнца десять миллиардов лет.
Основной источник энергии – протон-протонный цикл – очень медленная реакция (характерное время 7,9∙10^9 лет) , так как обусловлена слабым взаимодействием. Ее суть состоит в том, что из четырех протонов получается ядро гелия. При этом выделяются пара позитронов и пара нейтрино, а также 26,7 МэВ энергии. Количество нейтрино, излучаемое Солнцем за секунду, определяется только светимостью Солнца. Поскольку при выделении 26,7 МэВ рождается 2 нейтрино, то скорость излучения нейтрино: 1,8∙10^38 нейтрино/с.
Прямая проверка этой теории – наблюдение солнечных нейтрино. Нейтрино высоких энергий (борные) регистрируются в хлор-аргонных экспериментах (эксперименты Дэвиса) и устойчиво показывают недостаток нейтрино по сравнению с теоретическим значением для стандартной модели Солнца. Нейтрино низких энергий, возникающие непосредственно в рр-реакции, регистрируются в галлий-германиевых экспериментах (GALLEX в Гран Сассо (Италия – Германия) и SAGE на Баксане (Россия – США)) ; их также «не хватает» .
По некоторым предположениям, если нейтрино имеют отличную от нуля массу покоя, возможны осцилляции (превращения) различных сортов нейтрино (эффект Михеева – Смирнова – Вольфенштейна) (существует три сорта нейтрино: электронное, мюонное и тауонное нейтрино) . Т. к. другие нейтрино имеют гораздо меньшие сечения взаимодействия с веществом, чем электронное, наблюдаемый дефицит может быть объяснен, не меняя стандартной модели Солнца, построенной на основе всей совокупности астрономических данных.
Каждую секунду Солнце перерабатывает около 600 миллионов тонн водорода. Запасов ядерного топлива хватит еще на пять миллиардов лет, после чего оно постепенно превратится в белый карлик.
Центральные части Солнца будут сжиматься, разогреваясь, а тепло, передаваемое при этом внешней оболочке, приведет к ее расширению до размеров, чудовищных по сравнению с современными: Солнце расширится настолько, что поглотит Меркурий, Венеру и будет тратить «горючее» в сто раз быстрее, чем в настоящее время. Это приведет к увеличению размеров Солнца; наша звезда станет красным гигантом, размеры которого сравнимы с расстоянием от Земли до Солнца! Жизнь на Земле исчезнет или найдет пристанище на внешних планетах.
Мы, конечно, будем заранее поставлены в известность о таком событии, поскольку переход к новой стадии займет примерно 100–200 миллионов лет. Когда температура центральной части Солнца достигнет 100 000 000 К, начнет сгорать и гелий, превращаясь в тяжелые элементы, и Солнце вступит в стадию сложных циклов сжатия и расширения. На последней стадии наша звезда потеряет внешнюю оболочку, центральное ядро будет иметь невероятно большую плотность и размеры, как у Земли. Пройдет еще несколько миллиардов лет, и Солнце остынет, превратившись в белый карлик.
Источник:
Вообще то это не простой вопрос и, соответственно, трудно дать сразу правильный ответ.
Высказывание Виктор Андриеш (хоть он и Гуру) не вполне корректно (если отвечать вежливо).
Особенно насчет, "что скорость р-р реакций мала - все это пустые отговорки и домыслы" это не домыслы, так как взаимодействие протона и протона приводящее к образованию дейтрона и взаимодействие дейтронов приводящее к образованию гелия 3 с вылетом нейтрона это разные типы взаимодействия (в первом случае слабое, а во втором - сильное -ядерное. Кстати, и в углеродно-азотном цикле тоже участвует слабое взаимодействие.
Прежде всего надо рассмотреть как происходит выделение энергии в ТЯ бомбе и как происходит выделение энергии в звездах.
Надо не забывать что фактически в ТЯ бомбе практически мгновенно образуется большое количество трития и дейтерия при высокой температуре. А их взаимодействие и приводит к выделению энергии, что еще больше повышает температуру. А почему почти мгновенно? А потому, что сначала происходит ядерный взрыв за счет деления урана или плутония. При этом образуются нейтроны, часть из которых взаимодействуют с литием, который присутствует в ТЯ бомбе При взаимодействии нейтронов с литием и образуется тритий. Таким образом мы имеем взрывное выделение энергии на фоне нормального давления и температуры на поверхности Земли.
В звездах все немного не так.
Водородное облако определенной массы под действием гравитации начинает сжиматься и при этом естественно возрастает давление и температура и соответственно энергия ядер водорода- протонов. Иногда за счет взаимодействия между такими протонами, если их энергия превышает кулоновскую энергию отталкивания протонов, может произойти слияние протонов и образование дейтрона (как я уже писал - за счет слабого взаимодействия) с выделением энергии и нейтрино. Образовавшиеся ядра дейтерия иногда могут взаимодействовать с протонами, которых очень много в облаке, и образовывать гелий 3 . А взаимодействие 2 ядер гелия 3 приводит к образованию гелий 4 и двух протонов с выделением энергии. Эта энергия приводит к дальнейшему разогреву облака и выходу излучения в виде света- то есть возникает звезда. То есть, в этом случае это не взрыв а фактически "горение" водородного "топлива".
Фактически это и хотят получит в термоядерных реакторах, но я боюсь, что для этого размер реактора должен быть очень большим (но наверно я не прав).
Идея Виктора Андриеша что в звездах идут другие реакции, не термоядерные, и устроены они по другому может быть и правильна, но не соответствует принципу Оккама. настоящее время о таких реакциях нет данных и нужны дальнейшие исследования.
Ответы Кролика и Леонида годятся для школьного реферата, но они неверны по существу, ибо не отвечают на главный вопрос: почему все звезды не взрываются мгновенно, если в них происходит практически та же термоядерная реакция, что и в термоядерной бомбе? То, что скорость р-р реакций мала - все это пустые отговорки и домыслы. Р-р реакция -это пороговая реакция, которая идет при определенных условиях (плотность газа плюс температура) . Если эта реакция идет (солнце светит) значит необходимые условия выполняются. Что происходит дальше? В месте реакции резко (в миллионы раз! ) повышается температура и давление газа. Поэтому в этом месте скорость реакции должна резко возрасти! Напрасно Леонид говорит об уменьшении скорости реакции, якобы за счет расширения газа и падения его плотности! Давлении в ядре звезды такое (может быть миллиарды атм) , что ни о каком свободном расширении не может быть и речи? ! Но допустим, что это расширение все-таки произошло, тогда после него должно наступить сильное сжатие, еще больше увеличивающее скорость реакции! Налицо саморазвивающаяся цепная реакция: повышение плотности и температуры газа - повышение скорости реакции- повышение плотности и температуры газа - дальнейшее повышение скорости реакции и т. д. И не видно здесь никакого регулирующего механизма ни за счет тяготения, ни за счет "отравления" продуктами сгорания! Т. е. звезда непременно должна взрываться, но этого не происходит! Значит в звездах идут другие реакции, не термоядерные, и устроены они по другому!...
Основной источник энергии Солнца – протон-протонная реакция, синтез ядра дейтерия при столкновении двух протонов, – протекает исключительно медленно. Каждый протон имеет шанс образовать ядро дейтерия, столкнувшись с другим протоном, один раз в десятки миллиардов (!) лет, однако этого достаточно, так как сталкивающихся протонов очень много! И как раз благодаря этой невообразимой редкости реакции, запасов водорода, точнее, протонов, хватит, чтобы Солнце стабильно снабжало нас своей энергией на протяжении миллиардов лет.
Об этом и о многом другом читайте: И. С. Шкловский "Звёзды. Их рождение, жизнь и смерть", увлекательная повесть о том, «отчего светят звёзды?» , в то же время детально раскрывающая «кухню» научного исследования, от рождения гипотезы до формирования общепринятой научной парадигмы.
Фактически для синтеза протонов их необходимо сблизить на расстояние, когда так называемое сильное ядерное взаимодействие превысит силы электромагнитного отталкивания. Существующего в центральных областях Солнца давления совершенно недостаточно для подобного сближения, однако реакции синтеза все-таки изредка происходят в силу квантового эффекта туннелирования.
Именно так оно и взрывается - там ровно та же реакция, которая в термоядерной бомбе. Просто бомба маленькая, а Солнце большое, и там этот взрыв занимает куда как больше времени.
К тому же чисто физикой самой реакции и физикой состояния вещества внутри Солнца скорость этой реакции ограничена (в термоядерной бомбе она ж тоже происходит хоть и за короткое время, но всё ж не мгновенно) . Она оказывается самостабилизирующейся: при локальном повышении скорости реакции возрастает температура В ЭТОЙ ТОЧКЕ, значит, возрастает давление, значит, "эта точка" норовит расшириться - а это приводит к изменению концентрации атомов водорода и падению скорости реакции. Вот поэтому этот взрыв и оказывается растянутым во времени.
Потому что там идёт реакция с основным изотопом водорода, ПРОТИЕМ, а она медленная. В бомбе же используется дейтерий или смесь дейерий-тритий.
оно взрывается. Непрерывно.
Термоядерные реакции, происходящие в центре Солнца или любой другой звезды, представляют собой именно взрыв миллионов "обычных" термоядерных бомб каждую секунду.
Разница в поведении продуктов взрыва одиночной бомбы на Земле и мегабомбы на Солнце определяется разницей в массах Земли и Солнца. Если при взрыве "обычной" термоядерной бомбы на поверхности Земли продукты взрыва разлетаются в стороны, производя огромные разрушения, то на Солнце продукты ежесекундных взрывов миллионов бомб удерживаются огромной силой гравитации Солнца. Таким образом, гигантский термоядерный котел Солнца находится в состоянии динамического равновесия и будет находиться в нем пока через миллиарды лет не выгорит весь солнечный водород превратившись в гелий.