Dimenzió #20

Csillagnézők

(csillagászattörténet, csillagászat, űrkutatás, fizika, asztrofizika)

                       ENERGIATERMELÉS A CSILLAGOKBAN

   A  csillag  belsejére külső rétegei hatalmas nyomással nehezednek. A nagy
nyomás  és hőmérséklet következtében az anyag szabad elektronok és atommagok
keverékére  bomlik,  ionizált  állapotba  kerül,  ezt nevezzük plazmának. Az
atommagok a heves hőmozgás következtében nagysebességgel ütköznek egymásnak,
és  időnként  összetapadnak: fúziós reakciókat hoznak létre. Ehhez rendkívül
heves  hőmozgás, azaz rendkívül magas hőmérséklet kell, ezért csak a csillag
központi  tartományában,  a  magban  zajlanak.  A  csillagokban  is,  mint a
Világegyetemben  mindenhol  a  hidrogén  a  leggyakoribb  elem,  így  életük
legnagyobb részében hidrogén atommagokból hélium atommagokat építenek fel. A
folyamat  során  négy  proton  (azaz  négy  hidrogén  atommag) hoz létre két
protonból és két neutronból álló hélium atommagot. A reakció lényege, hogy a
négy  alkotórész  tömege  külön-külön  nagyobb,  mint  a keletkezett atommag
teljes tömege. A kettő közötti különbség a tömegdefektus, a kötési energia -
ez az ami a fúzió során felszabadul. (Amennyiben visszafelé akarjuk játszani
a  reakciót,  és  alkotóira  szeretnénk  szétválasztani  a hélium atommagot,
energiát  kell befektetnünk - amennyit az egyesítés során kaptunk - ez pedig
megnöveli az egyes részecskék reakció utáni tömegét.)

              4 db H atommag tömege külön-külön: 6,694x10^-24 g
                    1 db He atommag tömege 6,645x10^-24 g
                          Különbség: 4,82x10^-26 g
                             Tömegdefektus: 0,7%

   Az  eredeti  tömeg  0,7%-a  szabadul fel energia formájában, ez a csillag
sugárzásának  forrása.  Többféle  energiatermelő  folyamat  játszódik  le  a
fősorozati csillagok belsejében, ezek közül a két legfontosabbat ismertetjük
az alábbiakban.

   Proton-proton  reakció:  Ebben  a  folyamatban  első lépésként két proton
kapcsolódik  össze,  amihez  10^-13  cm-re kell meg közelíteniük egymást - a
nukleonokat összetartó magerő ugyanis ilyen távolságban képes legyőzni a két
azonos  töltésű proton között fennálló elektromágneses taszítást. A protonok
ütközése  a  taszítás  miatt általában rugalmas, csak nagyon ritkán kerülnek
annyira  közel  egymáshoz, hogy összetapadjanak. (Mivel a csillag belsejében
hatalmas  mennyiségű  anyag található, egyetlen másodperc alatt is rendkívül
sok  összekapcsolódás  jön  létre.) Ilyenkor egy deutériummag keletkezik, az
egyik  proton  ugyanis  egy  pozitron  és  egy  neutrínó  kibocsátása közben
neutronná   alakul.   Az   eltávozó  pozitron  egyesül  egy  elektronnal  és
elektromágneses sugárzás keletkezik. A következő lépésben a deutériummag egy
harmadik  protonnal  találkozik,  amelyet  magába  épít, és He3 izotópot hoz
létre  elektromágneses  sugárzás  kibocsátása  közben.  Ezután általában egy
magához  hasonló  He3 izotóppal lép kölcsönhatásba, és egy négyes tömegszámú
héliummag jön létre, két proton felszabadulásával. Egy héliummag keletkezése
során  4,1x10^-5  erg  (26,2  MeV)  energiával lesz gazdagabb a csillag. (Az
energia egy részét a neutrínók elviszik.)

   Szén-nitrogén  ciklus: Ennek során ugyancsak hélium atommagok keletkeznek
de  szén és nitrogén katalizátor közreműködésével. Egy C12 mag és egy proton
ütközésekor  elektromágneses  sugárzás  keletkezik,  és  egy N13 atommag jön
létre.  Ez  azonban  nem  stabil,  és  egy  pozitron  valamint  egy neutrínó
kibocsátásával  C13  izotóppá  alakul.  A  pozitron  elektronnal  találkozva
sugárzás  formájában  megsemmisül. A C13 mag egy protonnal való ütközés után
N14  maggá alakul elektromágneses sugárzás kibocsátása közben. A nitrogénmag
egy   további   protonnal   ütközve   instabil   O15   maggá  alakul,  ismét
elektromágneses sugárzás kibocsátásával. Ezután az O15 mag N15 magra, és egy
pozitronra  valamint  egy  neutrínóra  esik  szét. Majd az N15 mag protonnal
találkozik   és  C12  mag,  valamint  He4  keletkezik  belőle.  A  neutrínók
energiájának  figyelembevétele  nélkül 4x10^-5 erg (25 MeV) energia szabadul
fel egy hélium atommag kialakulása során.

   A  fősorozati csillagokban mindkét reakció folyik. Az, hogy a kettő közül
melyik  zajlik le nagyobb számban, a csillagban uralkodó hőmérséklettől függ
- ez pedig a csillag tömegétől. A kisebb tömegű csillagokban a proton-proton
reakció  révén,  a nagyobb tömegűekben a szén-nitrogén ciklus által szabadul
fel több energia. Központi csillagunk belsejében 14-15 millió fok uralkodik,
így itt a proton-proton reakció dominál, azonban a Napnál nem sokkal nagyobb
tömegű égitesteknél már a szén-nitrogén ciklus veszi át a főszerepet.

   A  csillag  a  fősorozaton  stabil  állapotban,  mechanikai  és  termikus
egyensúlyban  van.  A csillag belsejében uralkodó nyomás a gáznyomásból és a
sugárnyomásból  (a  sugárzás  formájában  felszabaduló  energiából)  tevődik
össze.   Az   esetleges  túl  nagy  energiafelszabadulás  kinyomja  a  külső
rétegeket,  megnöveli a mag térfogatát. Ennek következtében csökken a fúziós
reakciók  száma és így a belső nyomás is, ekkor összébb húzódik a csillag. A
folyamat  egyensúlyban  tartja  az égitestet, ezért a csillagok önszabályozó
termonukleáris  reaktoroknak  is  tekinthetők.  A  csillag  anyaga  termikus
egyensúlyban  is  van.  A belsejében felszabaduló energiának egyenlőnek kell
lennie  a  világűrbe  kisugárzott  energiával,  és  nem lehetnek benne olyan
tartományok, amelyek állandóan melegednének vagy hűlnének.
Google
 
Web iqdepo.hu
    © Copyright 1996-2021
    iqdepo / intelligence quotient designing power - digitális kultúrmisszió 1996 óta
    All rights reserved. Minden jog fenntartva.