Чому процес синтезу сонця не прискорюється?

Чи правильно я кажу, що процес синтезу Сонця є постійним, тобто кількість X синтезу відбувається в день, більше чи менше? Чому це не прискорюється, тобто одна злита подія створює енергію для двох термоядерних процесів тощо? Чи кожне зіткнення атома спричиняє подію злиття чи мала ймовірність того, що відбудеться подія злиття, таким чином, це не втеча реакція? Я чув, що ймовірність того, що відбудеться подія злиття, становить лише 1 на 10 ¹² за кожне зіткнення.

the-sun stellar-astrophysics

— Каллі
джерело

Енергія, що виробляється при синтезі в ядрі, майже точно врівноважується енергією, втраченою дифузією випромінювання з ядра.

— Мартін Боннер підтримує Моніку

@MartinBonner Я би погодився з цим - моє запитання полягає в тому, чи не стикається кожне зіткнення кулонівського бар'єру або лише обмежена кількість / відсоток, і чому у вас немає реакції втечі - тобто більше енергії і більше дифузії

— Каллі

Процес плавлення чутливий до температури. Оскільки зірка, як правило, перебуває у гідродинамічній рівновазі, температура не змінюється, тобто швидкість плавлення є постійною.

— Корнпоб Бхіромбхакді

Якби зараз було в той момент, коли воно швидко розвивалося, ми б не були тут, щоб побачити це. ;-) Отже, ви можете припустити, що зараз час, коли швидкість є досить близькою до рівноважної

— R .. GitHub СТОП ДОПОМОГА

У питанні, що є неправильним, один із питань нечітко висловлюється, а саме, що між прямими послідовними синтезами має бути прямий зв’язок. Подія плавлення просто сприяє загальній тепловій енергії, і саме тепловий рух викликає термоядерні процеси; на відміну від ядерного поділу, при плавній події не утворюються продукти реакції, які безпосередньо іскрують інші явища синтезу. Тож єдине питання, що залишається - це збалансованість виробництва та втрати навколишнього середовища в глобальному масштабі .

— Марк ван

Відповіді:

Чи правильно я кажу, що процес синтезу Сонця є постійним, тобто кількість X синтезу відбувається в день, більше чи менше?

Так, принаймні, над людськими часовими масштабами. Можна обґрунтовано очікувати, що швидкість плавлення на сонці буде сьогодні такою ж, як і кілька тисяч років тому, або в майбутнє, дати або взяти якусь невелику частку.

Чому це не прискорюється, тобто одна злита подія створює енергію для двох термоядерних процесів тощо?

Енергія, що виділяється синтезом, швидко розподіляється як теплова енергія в центрі Сонця, а різниця температур між поверхнею (близько 6000 К) і центром (за оцінками 15 млн. К) рухає енергетичним потоком від гарячого до холодного.

Чи кожне зіткнення атома спричиняє подію злиття чи мала ймовірність того, що відбудеться подія злиття, таким чином, це не втеча реакція?

Плавлення на сонці не є утеченою ядерною реакцією (як критична маса урану в реакції поділу).

Теоретично можливі випадки злиття, що відбулися, але тиск і температура для цього не наближаються до ядра Сонця. Для таких стабільних зірок, як Сонце, сили і енергетичні потоки знаходяться в рівновазі - якби ядро зросло трохи гарячіше, тоді тиск збільшився б і зірка трохи розшириться проти сили тяжіння для компенсації. Цікаві речі трапляються, коли зірки випадають з рівноваги, і в деяких сценаріях може статися розпалення запаленого синтезу .

Крім того, ця точка рівноваги рухається протягом життя зірки, оскільки її змішання елементів змінюється внаслідок злиття. Це передбачувано для багатьох зірок і складає основу основних зірок послідовності на діаграмі Герцпрунг-Рассел

Я чув, що ймовірність того, що відбудеться подія злиття, становить лише 1 на 10 ^ 12 за кожне зіткнення

Я не знаю точності цього, але це здається розумним. Визначення "зіткнення" стає дещо довільним у такому гарячому щільному середовищі. Якщо ви включите лише підходи, досить близькі, щоб сильна ядерна сила домінувала над взаємодією, співвідношення може бути вищим.

Ще один факт, який мені виявився цікавим в тій же області, - це те, що щільність потужності від синтезу - тобто Вт на кубічний метр речовини - на сонці приблизно така сама, як у типової компостної купи . Це зовсім інше середовище експерименту з термоядерним реактором або термоядерною бомбою, які мають набагато більшу щільність потужності.

— Ніл Слейтер
джерело

З вашої останньої точки, мені здається захоплюючою, що потужна потужність сонця говорить нам менше про силу синтезу, а більше про те, наскільки велике сонце! І це показує, що думка про те, що реактор "відтворює силу сонця", є якось непросвічуючою ... сонце робить це найпростішим способом :-)

— SusanW

@SusanW Ви також можете бачити низьку щільність потужності як демонстрацію того, як дуже сильна сила тяжіння. Цього невеликого виходу енергії на об’єм достатньо, щоб зупинити всю масу сонця від руйнування до білої карликової речовини. Зоряний синтез здатний виробляти стільки енергії, скільки потрібно для зупинки колапсу (до точки, тобто щільності чорної діри), що демонструється тим, наскільки швидше найбільші зірки можуть споживати водень, а на іншому кінці шкали , наскільки довше може продовжувати роботу найменший, порівняно з нашим Сонцем.

— Хайд

@SusanW Статистика трохи перешкода, тому що все, що виробляє всю цю потужність, є лише ядром, що складає менше 1% від обсягу сонця.

— Кубік

@Cubic: це щільність живлення серцевини, хоча, наскільки я можу сказати. Загальна потужність ~

4 \times 10^{26} W

$4 \times 10^{26} W$ , загальний об'єм ядра ~

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

$2 \times 10^{25} m^3$ . Щільність потужності ~

20 W m^{- 3}

$20 Wm^{-3}$ . Хоча я, здається, десь загубив на порядок порівняно з Вікіпедією. . . Я починаю з їх цитованої загальної потужності сонця. . . :-)

— Ніл Слейтер

@NeilSlater Я, можливо, неправильно трактував твердження в цій справі

— Cubic

Ні, швидкість плавлення Сонця не є абсолютно постійною у часі. Сонце поступово стає все більш світлим, і світність забезпечується майже виключно плавленням в ядрі. Однак темпи приросту не великі, порядку 10% на мільярд років.

Процес плавлення надзвичайно повільний (і неефективний щодо вивільнення енергії на одиницю об'єму) - Сонце вивільняє лише 250 Вт / м $^3$ в його ядрі. Причиною цього є те, що події злиття є надзвичайно малоймовірними, вимагаючи, щоб два протони подолали кулонівський бар'єр між ними, а один з протонів перевернув бета-розпад у нейтрон, утворюючи таким чином ядро дейтерію.

Середній час життя протона проти цього процесу в ядрі становить $10^{10}$ років (час життя Сонця), що означає швидкість плавлення на протоні $3 \times 10^{-18}$ с $^{-1}$ . Ми можемо порівняти це зі швидкістю зіткнення протонів, вважаючи середню теплову швидкість $v \simeq (3k_B T/m_p)^{1/2} = 600$ км / с для основної температури $15\times 10^{6}$ k, щільність протонного числа $n_p \sim 6 \times 10^{31}$ м $^{-3}$ в ядрі та колізійному перерізі $\sigma \sim \pi (\hbar/mv)^2$ , де термін у дужках - зменшена довжина хвилі де Бройля. Збираючи ці речі разом, швидкість зіткнення є $n_p \sigma v \sim 10^{12}$ с $^{-1}$ .

Порівнюючи дві ставки, ми можемо зробити висновок, що лише приблизно 1 ст $3\times 10^{29}$ зіткнення закінчується злиттям.

Якщо швидкість плавлення Сонця зростає швидко, то, що станеться, розшириться Сонце, ядро стане менш щільним і швидкість плавлення знизиться. Це, в основному, діє як терморегулятор, підтримуючи Сонце в точно потрібній температурі, щоб підтримувати власну вагу і забезпечувати світність, що виходить з його поверхні.

— Роб Джеффріс
джерело

Я б замінив "процес термоядерного синтезу вкрай неефективним" іншим способом сказати це, оскільки "неефективний" означає, що витрачається енергія, і це не так. Я маю на увазі, що для мене процес синтезу насправді надзвичайно ефективний , дозволяючи сонцю залишатися стабільним протягом мільярдів років.

— Хайд

Більше того, звичайне пояснення того, чому синтез не втече, є неповним. Проста історія, яка не може бути повною історією, полягає в тому, що якщо плавлення відбувається занадто швидко, тепло накопичується і створює надмірний тиск. Цей надлишковий тиск спричиняє розширення, а розширення спрацьовує, що знижує температуру і набирає назад термоядерний синтез, поки він не відповідає швидкості випромінювання випромінювання.

Причина цього неповна в тому, що робота з розширення не викликає стійкості, якщо вона відбувається лише на тлі фіксованого зовнішнього тиску, така кількість роботи завжди недостатня для її стабілізації (що призводить до "спалахів оболонки" пізніше в житті зірки) . Єдине, що здатне стабілізувати синтез, - це додаткова робота проти гравітації , оскільки ви легко бачите, як гравітація включається в будь-який подібний аналіз. Тому має бути важливо, щоб місцевий втікач мав чистий результат відведення газу від сонячного центру, тим самим виконуючи гравітаційні роботи - важлива деталь, яка зазвичай залишається поза поясненнями. Дійсно, було б справедливіше сказати, що синтез сонячної енергії стабілізується комбінацією робіт з розширення та гравітаційного підйому.

— Кен Г
джерело