الاندماج النووي في الشمس

الاندماج النووي في الشمس : يوجد مولد الطاقة في الشمس في مركزه ، مدفونًا بعمق بداخله، يطلق عليه “اللب” ، ويقترب نصف قطره من ربع قطر النجم.

في اللب ، تكون الضغوط ودرجات الحرارة عالية بما يكفي لفرض الاندماج ، أي التفاعلات النووية التي تندمج فيها بعض النوى لتكوين أخرى إنه نوع التفاعل الذي يُشغل القنبلة الهيدروجينية، أهم رد فعل داخل لب الشمس هو عملية تسمى “دورة البروتون-البروتون”.

الفوتونات في تفاعل البروتون-البروتون المتسلسل ، يتم تحويل نوى الهيدروجين إلى نوى هيليوم من خلال عدد من الوسائط، تنتج التفاعلات فوتونات عالية الطاقة (أشعة جاما) تتحرك عبر “الطبقة الإشعاعية” المحيطة بالنواة.

تشغل هذه الطبقة 60 بالمائة من نصف قطر الشمس يستغرق الأمر مليون سنة حتى تمر الطاقة عبر هذه الطبقة إلى “طبقة الحمل الحراري” ، لأن الفوتونات يتم اعتراضها وامتصاصها وإعادة بثها باستمرار في اللب ، تشكل نوى الهليوم 62٪ من الكتلة (الباقي لا يزال هيدروجينًا).

تحتوي الطبقات الإشعاعية والحملية على حوالي 72٪ هيدروجين و 26٪ هيليوم و 2٪ عناصر أثقل (بالكتلة) يتم بعد ذلك نقل الطاقة الناتجة عن الاندماج إلى سطح الشمس وتنبعث على شكل ضوء أو يتم إخراجها كجسيمات عالية الطاقة.

بحلول الوقت الذي تصل فيه الطاقة إلى سطح الشمس ، تكون الأشياء قد بردت إلى 6000 درجة كلفن ، وهي درجة حرارة تتوافق مع ضوء الشمس الذي نراه.

الآن معظم الهيدروجين في الحالة الذرية وكثافة الغاز منخفضة ، على غرار الغاز في أضواء النيون، الطاقة المنبعثة من السطح الساخن ، في المتوسط ​​، تقترب من 230 مليون واط لكل متر مربع، (على سطح الأرض ، نحصل عادةً على حوالي جزء من المليون من ذلك ، لتدفئتنا).

يقوم الاندماج النووي ، وهو مصدر كل الطاقة التي تشعها الشمس بسخاء ، بأمرين: يحول الهيدروجين إلى هيليوم (أو بالأحرى ، يصنع نوى الهيليوم من البروتونات) ويحول الكتلة إلى طاقة.

تم وصف تحويل الكتلة إلى طاقة بواسطة معادلة أينشتاين الشهيرة: E = mc2 ، أو ، بالكلمات ، الطاقة تساوي الكتلة مضروبة في مربع سرعة الضوء نظرًا لأن سرعة الضوء هي عدد كبير جدًا ، فإن هذه المعادلة تنص على أنه يمكن اكتساب الكثير من الطاقة من استخدام كمية متواضعة من الكتلة.

تمارس الطاقة الناتجة عن عمليات الاندماج داخل قلب الشمس (أو أي نجم آخر) ضغطًا خارجيًا ما لم يتم احتواؤه ، سيؤدي هذا الضغط إلى حدوث انفجار (كما يحدث في القنبلة الهيدروجينية ، على نطاق أصغر بكثير) الضغط الداخلي الذي يمنع النجم من الانفجار هو جاذبية عباءة الغاز المحيطة بالنواة (والتي تمثل معظم حجم الشمس ، وهي شديدة السخونة ولكنها لا تحرق نفسها).

يمنع الضغط الخارجي من تفاعلات الاندماج النجوم من الانهيار، يمنع الضغط الداخلي الناتج عن الجاذبية النجوم من الانفجار، إذا أصبحت تفاعلات الاندماج في القلب ضعيفة للغاية ، يمكن للنجم أن ينهار، يمكن أن يوفر هذا الانهيار ظروفًا جديدة في النواة تؤدي إلى أنواع جديدة من تفاعلات الاندماج ، بحيث يتبع ذلك التوسع.

إذا أصبحت تفاعلات الاندماج في القلب قوية جدًا ، يمكن للنجم أن ينفجر بالفعل، يمكن ملاحظة مثل هذه الأحداث، عندما ينفجر النجم فإنه يضيء بسطوع شديد لفترة من الوقت ؛ يتحول من نجم غير مُلاحظ إلى نجم “جديد” ، “نوفا”.

النجوم ، مثل شمسنا ، حيث الضغط الداخلي والضغط الخارجي متوازنان بشكل جيد ، يتقلبان ولكن قليلاً في السطوع وينتجان دفقًا ثابتًا من الطاقة، يتحقق التوازن من خلال التنظيم الذاتي: قد يؤدي الانخفاض الطفيف في طاقة الاندماج إلى تقلص يؤدي إلى تسخين اللب وزيادة معدل الاندماج ، والعكس صحيح، النجوم الأخرى ، حيث لم يتم ضبط التوازن جيدًا ، تنبض بشكل ملحوظ، من المفترض أن العيش على كوكب يدور حول نجم نابض سيكون صعبًا أو مستحيلًا.