Nucleosynthesis and Fusion Reaction

Nucleosynthesis and Fusion Reactions

Nucleosynthesis simply refers to the production of nuclei heavier than hydrogen. This occurs in main sequence stars through two main processes, the proton-proton chain and the CNO cycle (carbon, nitrogen, oxygen). Primordial nucleosynthesis occurred very early in the history of the Universe, resulting in some helium and small traces of lithium and deuterium, the heavy isotope of hydrogen. Fusion processes in post-main sequence stars are responsible for many of the heavier nuclei. Other mechanisms such as neutron capture also occur in the last stages of massive stars. Both discussed in later pages.

Main sequence stars fuse hydrogen into helium within their cores. This is sometimes called "hydrogen burning" but you need to be careful with this term. "Burning" implies a combustion reaction with oxygen but the process within stellar cores is a nuclear reaction, not a chemical one.

The nuclear fusion in the cores of main sequence stars involves positive hydrogen nuclei, ionised hydrogen atoms or protons, to slam together, releasing energy in the process. At each stage of the reaction, the combined mass of the products is less than the total mass of the reactants. This mass difference is what accounts for the energy released according to Einstein's famous equation: E = m c2 where E is the energy, m the mass and c the speed of light in a vacuum. This is better expressed as:

E = Δm c2 where Δm is the change in mass. (Equation 6.2)
In conditions such as those on Earth, if we try to bring two protons (hydrogen nuclei) together the electrostatic interaction tends to cause them to repel. This coulombic repulsion must be overcome if the protons are to fuse. The actual process whereby two protons can fuse involves a quantum mechanical effect known as tunneling and in practice requires the protons to have extremely high kinetic energies. This means that they must be traveling very fast, that is have extremely high temperatures. Nuclear fusion only starts in the cores of stars when the density in the core is great and the temperature reaches about 10 million K.

There are two main processes by which hydrogen fusion takes place in main sequence stars - the proton-proton chain and the CNO (for carbon, nitrogen, oxygen) cycle.

Proton-Proton (pp) Chain

The main process responsible for the energy produced in most main sequence stars is the proton-proton (pp) chain. It is the dominant process in our Sun and all stars of less than 1.5 solar masses. The net effect of the process is that four hydrogen nuclei, protons, undergo a sequence of fusion reactions to produce a helium-4 nucleus. The sequence shown below is the most common form of this chain and is also called the ppI chain. It accounts for 85% of the fusion energy released in the Sun.

ผลลัพธ์ (ไทย) 1:

การสังเคราะห์นิวเคลียสและปฏิกิริยาฟิวชั่นการสังเคราะห์นิวเคลียสเพียงอ้างอิงถึงการผลิตของแอลฟาหนักกว่าไฮโดรเจน นี้เกิดขึ้นในดาวแถบลำดับหลักโดย 2 หลักกระบวนการ โซ่โปรตอนโปรตอนและวงจรซีเอ็นโอ (คาร์บอน ไนโตรเจน ออกซิเจน) การสังเคราะห์นิวเคลียส primordial เกิดขึ้นแรกสุดในประวัติศาสตร์ของจักรวาล เกิดในร่องรอยขนาดเล็กของลิเทียมดิวเทอเรียม ไอโซโทปหนักของไฮโดรเจนและฮีเลียม กระบวนการหลอมในลำดับหลังหลักดาวจะชอบแอลฟาหนักมากมาย กลไกอื่น ๆ เช่นการจับนิวตรอนเกิดขึ้นในขั้นตอนสุดท้ายของดาวขนาดใหญ่ ทั้งในภายหน้าดาวลำดับหลักฟิวส์ไฮโดรเจนเป็นฮีเลียมภายในแกนของพวกเขา นี้บางครั้งเรียกว่า "ไฮโดรเจนเขียน" แต่คุณต้องระมัดระวังกับคำนี้ "เขียน" หมายถึงปฏิกิริยาเผาไหม้กับออกซิเจน แต่กระบวนการภายในแกนของดาวฤกษ์เป็นปฏิกิริยานิวเคลียร์ ไม่สารเคมีหนึ่งฟิวชั่นนิวเคลียร์ในแกนหลักลำดับดาวเกี่ยวข้องกับอะตอมไฮโดรเจน ionised แอลฟาบวกไฮโดรเจน หรือ โปรตอน สแลกัน ปล่อยพลังงานในกระบวนการ ในแต่ละขั้นตอนของปฏิกิริยา มวลรวมของสินค้าจะน้อยกว่ามวลรวมของ reactants ความแตกต่างนี้โดยรวมว่าบัญชีสำหรับพลังงานที่ปล่อยออกมาตามสมการที่มีชื่อเสียงของไอน์สไตน์: E = m c2 ซึ่ง E คือ พลังงาน m มวล และ c ความเร็วของแสงในสุญญากาศ นี่คือดีแสดงเป็น:E = c2 Δm ที่ Δm เป็นการเปลี่ยนแปลงในมวล (สมการที่ 6.2)ในเงื่อนไขเช่นในแผ่นดิน ถ้าเราพยายามรวบสองโปรตอน (ไฮโดรเจนแอลฟา) โต้ตอบงานมีแนวโน้มทำให้ขับไล่ ต้องเอาชนะ repulsion นี้ coulombic ถ้าโปรตอน ฟิวส์ กระบวนการจริงโดยสามารถฟิวส์โปรตอนสองผลกลควอนตัมเป็นการทันเนลที่เกี่ยวข้อง และในทางปฏิบัติต้องโปรตอนจะมีพลังงานจลน์สูงมาก ซึ่งหมายความ ว่า พวกเขาต้องได้เดินทางไปอย่างรวดเร็ว ซึ่งจะมีอุณหภูมิสูงมาก นิวเคลียร์ฟิวชันเริ่มต้นในแกนของดาวเมื่อความหนาแน่นในหลักการได้ดี และอุณหภูมิถึงประมาณ 10 ล้านคุณมี 2 กระบวนการหลัก โดยไฮโดรเจนที่หลอมเหลวเกิดขึ้นในแถบลำดับหลักดาว - ลูกโซ่โปรตอนโปรตอนและวงจรซีเอ็นโอ (สำหรับคาร์บอน ไนโตรเจน ออกซิเจน)ลูกโซ่โปรตอนโปรตอน (pp)กระบวนการหลักที่รับผิดชอบพลังงานที่ผลิตในแถบลำดับหลักส่วนใหญ่ดาวเป็นลูกโซ่โปรตอนโปรตอน (pp) มันเป็นกระบวนการหลักของดวงอาทิตย์และดาวทั้งหมดของมวลชนแสงอาทิตย์น้อยกว่า 1.5 ผลสุทธิของการได้ที่ 4 ไฮโดรเจนแอลฟา โปรตอน รับลำดับของปฏิกิริยาหลอมเพื่อผลิตเป็นนิวเคลียสของฮีเลียม-4 ลำดับที่แสดงด้านล่างเป็นแบบทั่วไปของห่วงโซ่นี้ และยังเรียกว่าโซ่ ppI สัดส่วน 85% ของพลังงานอาหารออกในดวงอาทิตย์

ผลลัพธ์ (ไทย) 3:

การสังเคราะห์นิวเคลียสของดาวฤกษ์และการปฏิกิริยา

นิวคลีโอซินทีสิสเพียงหมายถึงการผลิตของนิวเคลียสที่หนักกว่าไฮโดรเจน ปัญหานี้เกิดขึ้นในดาวลำดับหลักผ่านกระบวนการสองหลัก , โปรตอน โปรตอน โซ่ และวงจรซีเอ็นโอ ( คาร์บอน ไนโตรเจน ออกซิเจน ) การสังเคราะห์นิวเคลียสของดาวฤกษ์กลุ่มเกิดขึ้นมากในช่วงต้นประวัติศาสตร์ของจักรวาล ซึ่งในบางฮีเลียมและร่องรอยเล็ก ๆของเสรีไทยลิเธียม ,ไอโซโทปที่หนักของไฮโดรเจน กระบวนการฟิวชั่นในการโพสต์หลักลำดับดวงดาวรับผิดชอบหลายนิวเคลียสที่หนักกว่า กลไกอื่นๆ เช่น จับยึดนิวตรอน ยังเกิดขึ้นในขั้นตอนสุดท้ายของดาวขนาดใหญ่ ทั้งสองได้หารือในหน้าเว็บในภายหลัง

หลักลำดับดวงดาวฟิวส์ไฮโดรเจนเป็นฮีเลียมภายในแกน นี้บางครั้งเรียกว่า " ไฮโดรเจนเผาไหม้ " แต่คุณต้องระวังในระยะนี้" เผา " แสดงถึงปฏิกิริยาการเผาไหม้กับออกซิเจน แต่กระบวนการภายในแกนของดาวฤกษ์ที่เป็นปฏิกิริยา นิวเคลียร์ ไม่ใช่สารเคมีหนึ่ง

ฟิวชั่นนิวเคลียร์ในแกนของดาวลำดับหลักเกี่ยวข้องกับนิวเคลียสไฮโดรเจนบวก ionised อะตอมไฮโดรเจนหรือโปรตอน , สแลมร่วมกันปล่อยพลังงานในกระบวนการ ในแต่ละขั้นตอนของปฏิกิริยามวลรวมของผลิตภัณฑ์น้อยกว่ามวลรวมของก๊าซ ความแตกต่างของมวลนี้คือสิ่งที่บัญชีสำหรับพลังงานตามสมการของไอน์สไตน์เผยแพร่ที่มีชื่อเสียง : E = M C2 ที่ E คือพลังงาน , m / C ความเร็วของแสงในสุญญากาศ นี่ดีกว่า แสดงเป็น :

E = Δ M C2 ที่Δ M คือการเปลี่ยนแปลงในมวล ( สมการ 6.2 )
ในเงื่อนไขเช่นที่บนโลกถ้าเราลองเอาสองโปรตอน ( ไฮโดรเจนนิวเคลียส ) ด้วยกันปฏิสัมพันธ์ไฟฟ้าสถิต มีแนวโน้มที่จะทำให้พวกเขาเพื่อขับไล่ การขับไล่ coulombic นี้ต้องเอาชนะถ้าโปรตอนกับฟิวส์ จริงด้วยกระบวนการสองโปรตอนสามารถเชื่อมกับอุโมงค์ควอนตัมเชิงกลผลเป็นที่รู้จักและฝึกใช้โปรตอนมีสูงมาก พลังงานจลน์ .ซึ่งหมายความว่าพวกเขาจะต้องเดินทางอย่างรวดเร็ว นั่นคือมีอุณหภูมิสูงมาก ปลื้มจิตร์ ถินขาว เท่านั้น เริ่ม ในแกนของดาวเมื่อความหนาแน่นในหลักใหญ่และอุณหภูมิถึงประมาณ 10 ล้าน K .

มีหลักสองกระบวนการที่ไฮโดรเจนฟิวชั่นเกิดขึ้นในดาวลำดับหลักโปรตอนโปรตอนโซ่และ CNO ( คาร์บอน ไนโตรเจน ออกซิเจน

) รอบโปรตอนโปรตอน ( PP ) โซ่

หลักรับผิดชอบในกระบวนการผลิตพลังงานดาวลำดับหลักส่วนใหญ่เป็นโปรตอนโปรตอน ( PP ) โซ่ มันเป็นขั้นตอนเด่นในดวงอาทิตย์และดาวน้อยกว่า 1.5 แสงอาทิตย์มวล ผลสุทธิของกระบวนการคือไฮโดรเจน 4 นิวเคลียส โปรตอนผ่านลำดับของปฏิกิริยาการหลอมนิวเคลียส helium-4 ผลิต .ลําดับที่แสดงด้านล่างเป็นรูปแบบที่พบมากที่สุดของห่วงโซ่นี้และเรียกว่า หรือ โซ่ มันบัญชีสำหรับ 85% ของฟิวชั่นพลังงานออกในดวงอาทิตย์