<< 5.4 Slaboe vzaimodeistvie | Oglavlenie | 5.6 Poiski solnechnyh neitrino >>
5.5 Yadernye reakcii v zvezdah
Einshteinovskoe sootnoshenie mezhdu massoi i energiei veshestva pokazyvaet, chto yadernye reakcii mogut byt' istochnikom energii zvezd. V samom dele, massa chetyreh protonov bol'she massy yadra geliya: , i obrazovanie poslednego v rezul'tate sliyaniya chetyreh protonov dolzhno proishodit' s ogromnym vydeleniem energii, ravnym raznosti massy -- defektu mass . Odnako dolgoe vremya do poyavleniya kvantovoi mehaniki kazalos', chto temperatura veshestva v centre zvezdy, keV, slishkom nizka. Dlya preodoleniya kulonovskogo ottalkivaniya pri stolknovenii dvuh protonov neobhodima energiya poryadka 1 MeV. Pri maksvellovskom raspredelenii s temperaturoi 1 keV energiei v 1 MeV obladaet dolya chastic (otmetim, chto v Solnce vsego chastic, t.e. klassicheskaya veroyatnost' vzaimodeistviya dvuh protonov nichtozhna). Tem ne menee odin iz osnovatelei teorii vnutrennego stroeniya zvezd A. Eddington, pervyi ukazavshii na vozmozhnost' reakcii , ne sdavalsya, kogda emu ukazyvali na maluyu veroyatnost' iz-za nedostatochno vysokoi temperatury, i govoril: ``Poishite-ka mesto pogoryachee!''.S razvitiem kvantovoi mehaniki stalo yasno, chto Eddington prav! Veroyatnost' yadernyh reakcii uvelichivaetsya blagodarya podbar'ernomu perehodu (tunnel'nyi effekt).
Ocenim skorost' yadernyh reakcii s uchetom zakonov kvantovoi mehaniki. Napomnim izvestnoe sootnoshenie De Broilya, svyazyvayushee dlinu volny (volnovoe chislo ) i impul's chasticy : . Dvizheniyu s impul'som sootvetstvuet volnovaya funkciya ili , esli yavlyaetsya funkciei koordinat. Dlya chastic s massoi pokoya impul's naidem iz zakona sohraneniya energii
Rassmotrim integral
Pri tochnom vychislenii veroyatnosti pered eksponentoi est' eshe stepennye mnozhiteli, kotorye my ne uchityvaem. Dlya nas seichas vazhna tol'ko eksponenta.
Itak, , gde
Vyshe predpolagalos', chto odno iz yader pokoitsya ( ). Na samom dele pri raschete v sisteme centra mass vmesto sleduet, kak obychno, podstavit' privedennuyu massu . Togda
My poluchili veroyatnost' podbar'ernogo sblizheniya chastic s dannoi energiei : , gde (, -- atomnye massy yader). V teplovom ravnovesii (pri temperature ) kolichestvo chastic s energiei proporcional'no i polnaya veroyatnost'
Pereidem k konkretnym reakciyam.
Chislo yader deiteriya D, rozhdayushihsya v 1 sm na 1 s, ravno
Skorost' reakcii:
Itak, my vidim, chto blagodarya cepochke reakcii 1), 2), 3) vozmozhno prevrashenie chetyreh yader vodoroda v yadro geliya s vydeleniem energii . Eta cepochka reakcii mozhet idti pri dostatochno vysokoi temperature v absolyutno chistom vodorode i nazyvaetsya proton-protonnym (ili -) ciklom. Vozmozhny i drugie cepochki proton-protonnogo cikla.
Raschet pokazyvaet, chto pri nizkih temperatura K reakcii idut v osnovnom po dvum sleduyushim shemam:
Yasno, chto bez uchastiya slabogo vzaimodeistviya vodorod v He ne prevratit', tak kak iz protonov nado poluchit' neitrony. svobodnyi proton v neitron ne prevrashaetsya -- eto vozmozhno tol'ko v pole drugogo protona, kotoryi ego podhvatyvaet. Na odno yadro dolzhno proiti dve reakcii . Na kazhduyu reakciyu vo vsem -cikle vydelyaetsya 13,086 MeV energii.
Vtoraya cepochka interesna potomu, chto daet pobochnye produkty:
Ochevidno, chto skorost' vydeleniya energii v -cikle ravna skorosti, s kotoroi idet pervaya reakciya:
1 | 10,6 | |
5 | 5,95 | |
10 | 4,60 | |
15 | 0,377 | 3,95 |
20 | 1,09 | 3,64 |
30 | 4,01 | 3,03 |
Pri temperaturah bolee vysokih, chem solnechnye (v bolee massivnyh zvezdah), idet CNO-cikl (on vozmozhen tol'ko v prisutstvii katalizatora ugleroda)
6 | 27,3 | |
10 | 22,9 | |
15 | 1,94 | 19,9 |
20 | 18,0 | |
30 | 15,6 | |
50 | 13,6 | |
100 | 10,2 |
Z a d a ch i.
1. Podschitat', pri kakoi temperature D vygoraet za let. To zhe dlya .
2. Naiti usloviya, pri kotoryh energovydelenie
3. Vychislit' skorost' reakcii:
a).
(v etoi reakcii vydelyayutsya vysokoenergichnye neitrino),
b).
(ukazanie: ispol'zovat' eksperimental'nye dannye po raspadu
:
energiya (ne vklyuchaya ) 0,0186 MeV, vremya zhizni 12,26 let. Rassmotret'
ravnovesie s nevyrozhdennymi elektronami pri vysokoi temperature),
v).
<< 5.4 Slaboe vzaimodeistvie | Oglavlenie | 5.6 Poiski solnechnyh neitrino >>
Publikacii s klyuchevymi slovami:
Evolyuciya zvezd - vnutrennee stroenie zvezd - termoyadernye reakcii - fizicheskie processy
Publikacii so slovami: Evolyuciya zvezd - vnutrennee stroenie zvezd - termoyadernye reakcii - fizicheskie processy | |
Sm. takzhe:
Vse publikacii na tu zhe temu >> |