Sumber energi matahari

Pengetahuan adalah kekuatan

siklus karbon

Bagaimana hidrogen diubah menjadi helium di bagian dalam bintang? Jawaban pertama untuk pertanyaan ini ditemukan secara terpisah oleh Hans Bethe di AS dan Karl-Friedrich von Weizsäcker di Jerman. Pada tahun 1938, mereka menemukan reaksi pertama yang mengubah hidrogen menjadi helium dan dapat memberikan energi yang dibutuhkan untuk menjaga agar bintang tetap hidup. Waktunya telah tiba: pada 11 Juli 1938, manuskrip Weizsäcker diterima oleh editor jurnal "Zeitschrift für Physik", dan pada 7 September tahun yang sama, manuskrip Bethe diterima oleh editor jurnal "Physical Tinjauan". Kedua makalah menguraikan penemuan siklus karbon. Bethe dan Critchfield telah mengirimkan makalah pada 23 Juni yang berisi bagian terpenting dari siklus proton-proton.

Proses ini cukup kompleks. Untuk kemunculannya, selain hidrogen, atom unsur lain, seperti karbon, juga harus ada di bintang. Inti atom karbon berperan sebagai katalis. Kami tahu betul tentang katalis dari kimia. Proton menempel pada inti karbon, di mana atom helium terbentuk. Kemudian inti karbon mendorong keluar inti helium yang terbentuk dari proton, dan inti itu sendiri tetap tidak berubah sebagai hasil dari proses ini.

Gambar tersebut menunjukkan skema reaksi ini, yang berbentuk siklus tertutup. Perhatikan reaksi ini dimulai dari bagian atas gambar. Prosesnya dimulai dengan tumbukan inti atom hidrogen dengan inti karbon dengan nomor massa 12. Kita beri nama C 12 . Karena efek tunneling, proton dapat mengatasi gaya tolak listrik dari inti karbon dan bersatu dengannya.

Transformasi hidrogen menjadi helium dalam siklus karbon reaksi Bethe di bagian dalam bintang. Panah bergelombang merah menunjukkan bahwa atom memancarkan radiasi elektromagnetik kuantum.

Inti baru sudah terdiri dari tiga belas berat partikel elementer. Karena muatan positif proton, muatan inti karbon asli meningkat. Dalam hal ini, inti nitrogen muncul dengan nomor massa 13. Dilambangkan sebagai N 13. Isotop nitrogen ini bersifat radioaktif dan setelah beberapa saat memancarkan dua partikel cahaya: positron dan neutrino - partikel elementer, yang akan kita dengar nanti. Dengan demikian, inti nitrogen berubah menjadi inti karbon dengan nomor massa 13, yaitu. di C 13 . Inti ini sekali lagi memiliki muatan yang sama dengan inti karbon pada awal siklus, tetapi nomor massanya sudah satu lagi. Sekarang kita memiliki inti isotop karbon lain. Jika proton lain bertabrakan dengan nukleus ini, maka nukleus nitrogen muncul kembali. Namun, sekarang memiliki nomor massa 14, yaitu N 14 . Jika atom nitrogen baru bertabrakan dengan proton lain, maka ia masuk ke O 15, mis. menjadi inti oksigen dengan nomor massa 15. Inti ini juga radioaktif, lagi-lagi memancarkan positron dan neutrino dan masuk ke N 15 - nitrogen dengan nomor massa 15. Kita melihat bahwa proses dimulai dengan karbon dengan massa nomor 12 dan menyebabkan munculnya nitrogen dengan nomor massa 15. Dengan demikian, penambahan proton secara berurutan menyebabkan munculnya inti yang semakin berat. Biarkan proton lain bergabung dengan inti N 15, lalu dua proton dan dua neutron terbang keluar dari inti yang terbentuk bersama-sama, yang membentuk inti helium. Inti yang berat kembali berubah menjadi inti karbon asli. Lingkaran ditutup.

Akibatnya, empat proton bergabung dan membentuk inti helium: hidrogen berubah menjadi helium. Selama proses ini, energi dilepaskan, yang cukup bagi bintang untuk bersinar selama miliaran tahun.

Pemanasan materi bintang tidak terjadi pada semua tahapan rantai reaksi yang telah kita pertimbangkan. Materi bintang dipanaskan sebagian karena kuanta radiasi elektromagnetik, yang mentransfer energinya ke gas bintang, dan sebagian lagi karena positron, yang segera memusnahkan elektron bebas dari gas bintang. Selama penghancuran positron dan elektron, kuanta radiasi elektromagnetik juga terbentuk. Energi kuanta ini ditransfer ke materi bintang. Sebagian kecil dari energi yang dilepaskan terbawa dari bintang bersama dengan neutrino yang keluar. Kami akan mempertimbangkan beberapa pertanyaan tidak jelas terkait dengan neutrino nanti.

Pada tahun 1967, Bethe dianugerahi Hadiah Nobel Fisika untuk penemuan siklus karbon, yang dibuatnya pada tahun 1938 bersama von Weizsäcker. Dalam hal ini, Komite Nobel rupanya lupa bahwa kehormatan atas penemuan ini bukan hanya milik Beta.

Kita tahu bahwa transformasi siklik terjadi dengan adanya elemen katalitik: karbon dan nitrogen. Namun di interior bintang, ketiga elemen tersebut tidak harus ada. Salah satunya sudah cukup. Jika setidaknya satu reaksi dari siklus dimulai, maka elemen-katalisator akan muncul sebagai hasil dari tahapan reaksi selanjutnya. Selain itu, aliran reaksi siklik mengarah pada fakta bahwa ada rasio kuantitatif yang terdefinisi dengan baik antara isotop yang enggan. Rasio kuantitatif ini tergantung pada suhu di mana siklus berlangsung. Ahli astrofisika sekarang dapat, dengan bantuan metode spektroskopi mereka, melakukan analisis kuantitatif materi kosmik yang cukup akurat. Dengan rasio antara jumlah isotop C 12 , C 13 , N 14 dan N 15 seringkali dimungkinkan tidak hanya untuk menetapkan bahwa di interior bintang terjadi transformasi materi menurut siklus karbon, tetapi juga pada suhu berapa ini reaksi terjadi. Namun, hidrogen dapat diubah menjadi helium tidak hanya melalui siklus karbon. Seiring dengan reaksi siklus karbon, transformasi lain yang lebih sederhana juga terjadi. Merekalah yang memberikan kontribusi utama (setidaknya di Matahari) pada pelepasan energi. Selanjutnya, kita beralih ke pertimbangan reaksi-reaksi ini.

Untuk memahami proses kelahiran dan perkembangan gagasan tentang fusi termonuklir di Matahari, perlu diketahui sejarah gagasan manusia tentang pemahaman proses ini. Ada banyak masalah teoretis dan teknologi yang belum terpecahkan dalam menciptakan reaktor termonuklir terkontrol di mana proses pengendalian fusi termonuklir berlangsung. Banyak ilmuwan, dan terlebih lagi pejabat sains, tidak mengetahui sejarah masalah ini.

Justru ketidaktahuan akan sejarah pemahaman dan representasi fusi termonuklir di Matahari oleh umat manusia yang menyebabkan tindakan salah pencipta reaktor termonuklir. Ini dibuktikan dengan kegagalan kerja selama enam puluh tahun untuk menciptakan reaktor termonuklir terkontrol, pemborosan besar Uang banyak negara maju. Bukti terpenting dan tak terbantahkan adalah bahwa reaktor termonuklir terkontrol belum dibuat selama 60 tahun. Selain itu, otoritas ilmiah terkenal di media menjanjikan pembuatan reaktor termonuklir terkontrol (UTNR) dalam 30...40 tahun.

2. Pisau Cukur Occam

Occam's Razor adalah prinsip metodologis yang dinamai menurut biarawan Fransiskan Inggris, filsuf nominalis William. Dalam bentuk yang disederhanakan, berbunyi: "Seseorang tidak boleh melipatgandakan yang ada tanpa kebutuhan" (atau "Seseorang tidak boleh menarik entitas baru tanpa kebutuhan yang paling ekstrim"). Prinsip ini menjadi dasar reduksionisme metodologis, disebut juga prinsip penghematan, atau hukum ekonomi. Kadang-kadang prinsip diungkapkan dengan kata-kata: "Apa yang dapat dijelaskan dengan lebih sedikit tidak boleh diungkapkan dengan lebih banyak."

DI DALAM sains modern"Occam's Razor" biasanya dipahami sebagai prinsip yang lebih umum, menyatakan bahwa jika ada beberapa definisi atau penjelasan fenomena yang konsisten secara logis, maka yang paling sederhana harus dianggap benar.

Isi prinsip dapat disederhanakan sebagai berikut: seseorang tidak perlu memperkenalkan hukum yang rumit untuk menjelaskan suatu fenomena jika fenomena tersebut dapat dijelaskan dengan hukum sederhana. Sekarang prinsip ini adalah alat pemikiran kritis ilmiah yang ampuh. Occam sendiri merumuskan prinsip ini sebagai penegasan akan keberadaan Tuhan. Mereka, menurutnya, pasti bisa menjelaskan semuanya tanpa memperkenalkan sesuatu yang baru.

Diformulasikan ulang dalam bahasa teori informasi, prinsip "Occam's Razor" menyatakan bahwa pesan yang paling akurat adalah pesan dengan panjang minimum.

Albert Einstein merumuskan kembali prinsip "Occam's Razor" sebagai berikut: "Semuanya harus disederhanakan selama mungkin, tetapi tidak lebih."

3. Tentang awal pemahaman dan representasi umat manusia tentang fusi termonuklir di Matahari

Semua penghuni Bumi untuk waktu yang lama memahami fakta bahwa Matahari menghangatkan Bumi, tetapi sumber energi matahari tetap tidak dapat dipahami oleh semua orang. Pada tahun 1848, Robert Mayer mengajukan hipotesis meteorit, yang menyatakan bahwa Matahari dipanaskan oleh pemboman meteorit. Namun, dengan jumlah meteorit yang begitu banyak, Bumi juga akan menjadi sangat panas; selain itu, lapisan geologi terestrial sebagian besar terdiri dari meteorit; akhirnya, massa Matahari harus bertambah, dan ini akan mempengaruhi pergerakan planet.

Oleh karena itu, pada paruh kedua abad ke-19, banyak peneliti menganggap teori paling masuk akal yang dikembangkan oleh Helmholtz (1853) dan Lord Kelvin, yang menyatakan bahwa Matahari memanas karena kontraksi gravitasi yang lambat ("mekanisme Kelvin-Helmholtz"). Perhitungan berdasarkan mekanisme ini memperkirakan usia maksimum Matahari pada 20 juta tahun, dan waktu setelah Matahari padam - tidak lebih dari 15 juta tahun.Namun, hipotesis ini bertentangan dengan data geologi tentang usia batuan, yang menunjukkan angka yang jauh lebih besar. Misalnya, Charles Darwin mencatat bahwa pengikisan endapan Vendian berlangsung setidaknya 300 juta tahun. Namun demikian, Ensiklopedia Brockhaus dan Efron menganggap model gravitasi satu-satunya yang dapat diterima.

Baru pada abad ke-20 solusi yang "tepat" untuk masalah ini ditemukan. Awalnya, Rutherford mengajukan hipotesis bahwa sumber energi dalam Matahari adalah peluruhan radioaktif. Pada tahun 1920, Arthur Eddington mengemukakan bahwa tekanan dan suhu di bagian dalam Matahari sangat tinggi sehingga reaksi termonuklir dapat terjadi di sana, di mana inti hidrogen (proton) bergabung menjadi inti helium-4. Karena massa yang terakhir kurang dari jumlah massa empat proton bebas, bagian dari massa dalam reaksi ini, menurut rumus Einstein e = mc 2 diubah menjadi energi. Fakta bahwa hidrogen mendominasi komposisi Matahari dikonfirmasi pada tahun 1925 oleh Cecilly Payne.

Teori fusi nuklir dikembangkan pada tahun 1930-an oleh astrofisikawan Chandrasekhar dan Hans Bethe. Bethe menghitung secara rinci dua reaksi termonuklir utama yang menjadi sumber energi Matahari. Akhirnya, pada tahun 1957, karya Margaret Burbridge "Synthesis of Elements in Stars" muncul, di mana diperlihatkan bahwa sebagian besar elemen di alam semesta muncul sebagai hasil nukleosintesis yang terjadi di bintang.

4. Eksplorasi luar angkasa Matahari

Karya pertama Eddington sebagai astronom terkait dengan studi tentang pergerakan bintang dan struktur sistem bintang. Tapi, kelebihan utamanya adalah dia menciptakan teori struktur internal bintang. Wawasan mendalam tentang esensi fisik fenomena dan penguasaan metode perhitungan matematis yang paling rumit memungkinkan Eddington memperoleh sejumlah hasil mendasar di bidang astrofisika seperti struktur internal bintang, keadaan materi antarbintang, gerak dan distribusi bintang di Galaksi.

Eddington menghitung diameter beberapa bintang raksasa merah, menentukan kepadatan satelit kerdil bintang Sirius - ternyata sangat tinggi. Karya Eddington dalam menentukan kerapatan sebuah bintang berfungsi sebagai pendorong untuk pengembangan fisika gas super padat (merosot). Eddington adalah seorang penerjemah yang baik teori umum Relativitas Einstein. Dia membuat tes eksperimental pertama dari salah satu efek yang diprediksi oleh teori ini: defleksi sinar cahaya di medan gravitasi bintang masif. Dia berhasil melakukan ini selama gerhana Matahari total pada tahun 1919. Bersama ilmuwan lain, Eddington meletakkan dasar pengetahuan modern tentang struktur bintang.

5. Fusi termonuklir - pembakaran!?

Apa itu, secara visual, fusi termonuklir? Pada dasarnya, ini adalah pembakaran. Tetapi jelas bahwa ini adalah pembakaran dengan daya yang sangat tinggi per satuan volume ruang. Dan jelas bahwa ini bukanlah proses oksidasi. Di sini, dalam proses pembakaran, elemen lain terlibat, yang juga terbakar, tetapi dalam kondisi fisik khusus.

Pertimbangkan pembakaran.

Pembakaran kimia adalah proses fisik dan kimia yang kompleks untuk mengubah komponen campuran yang mudah terbakar menjadi produk pembakaran dengan pelepasan radiasi termal, cahaya, dan energi radiasi.

Pembakaran kimia dibagi menjadi beberapa jenis pembakaran.

Pembakaran subsonik (deflagrasi), tidak seperti ledakan dan peledakan, berlangsung dengan kecepatan rendah dan tidak terkait dengan pembentukan gelombang kejut. Pembakaran subsonik mencakup perambatan api laminar dan turbulen normal, dan pembakaran supersonik mengacu pada detonasi.

Pembakaran dibagi menjadi termal dan rantai. Pembakaran termal didasarkan pada reaksi kimia yang dapat berlangsung dengan percepatan diri progresif karena akumulasi panas yang dilepaskan. Pembakaran berantai terjadi pada beberapa reaksi fase gas pada tekanan rendah.

Kondisi percepatan diri termal dapat disediakan untuk semua reaksi dengan efek termal dan energi aktivasi yang cukup besar.

Pembakaran dapat dimulai secara spontan sebagai akibat dari penyalaan sendiri atau dimulai dengan penyalaan. Dalam kondisi eksternal tetap, pembakaran terus menerus dapat berlangsung dalam mode stasioner, ketika karakteristik utama proses - laju reaksi, laju pelepasan panas, suhu dan komposisi produk - tidak berubah seiring waktu, atau dalam mode periodik, ketika karakteristik ini berfluktuasi di sekitar nilai rata-ratanya. Karena ketergantungan nonlinier yang kuat dari laju reaksi pada suhu, pembakaran sangat sensitif terhadap kondisi eksternal. Properti pembakaran yang sama menentukan keberadaan beberapa rezim stasioner dalam kondisi yang sama (efek histeresis).

Ada pembakaran volumetrik yang terkenal dan sering digunakan dalam kehidupan sehari-hari.

pembakaran difusi. Hal ini ditandai dengan pasokan bahan bakar dan oksidator yang terpisah ke zona pembakaran. Pencampuran komponen terjadi di zona pembakaran. Contoh: pembakaran hidrogen dan oksigen dalam mesin roket.

Pembakaran media yang sudah dicampur sebelumnya. Seperti namanya, pembakaran terjadi dalam campuran yang mengandung bahan bakar dan oksidator. Contoh: pembakaran dalam silinder mesin pembakaran dalam campuran bensin-udara setelah inisialisasi proses dengan busi.

Pembakaran tanpa api. Berbeda dengan pembakaran konvensional, ketika zona api pengoksidasi dan api pereduksi diamati, dimungkinkan untuk menciptakan kondisi pembakaran tanpa api. Contohnya adalah oksidasi katalitik zat organik pada permukaan katalis yang cocok, misalnya oksidasi etanol pada platina hitam.

Membara. Suatu jenis pembakaran di mana tidak ada nyala api yang terbentuk, dan zona pembakaran perlahan menyebar ke seluruh bahan. Membara biasanya terlihat dengan bahan berpori atau berserat dengan kandungan udara yang tinggi atau diresapi dengan zat pengoksidasi.

pembakaran autogen. Pembakaran mandiri. Istilah ini digunakan dalam teknologi insinerasi sampah. Kemungkinan pembakaran limbah autogenous (mandiri) ditentukan oleh kandungan maksimum komponen pemberat: kelembapan dan abu.

Nyala api adalah wilayah ruang tempat pembakaran terjadi dalam fase gas, disertai dengan radiasi tampak dan (atau) inframerah.

Nyala api yang biasa kita amati saat membakar lilin, nyala korek api atau korek api, adalah aliran gas panas yang direntangkan secara vertikal karena gravitasi bumi (gas panas cenderung naik ke atas).

6. Gagasan fisika dan kimia modern tentang Matahari

Karakter utama:

Komposisi fotosfer:

Matahari adalah pusat dan satu-satunya bintang tata surya kita, di mana benda-benda lain dari sistem ini berputar: planet dan satelitnya, planet kerdil dan satelitnya, asteroid, meteoroid, komet, dan debu kosmik. Massa Matahari (secara teoritis) adalah 99,8% dari total massa seluruh tata surya. Radiasi matahari mendukung kehidupan di Bumi (foton diperlukan untuk tahap awal proses fotosintesis), menentukan iklim.

Menurut klasifikasi spektral, Matahari termasuk dalam tipe G2V ("katai kuning"). Suhu permukaan Matahari mencapai 6000 K, sehingga Matahari bersinar dengan cahaya yang hampir putih, namun karena hamburan dan penyerapan yang lebih kuat dari bagian panjang gelombang pendek dari spektrum oleh atmosfer bumi, cahaya langsung Matahari di dekat permukaan planet kita memperoleh warna kuning tertentu.

Spektrum matahari mengandung garis logam terionisasi dan netral, serta hidrogen terionisasi. Ada sekitar 100 juta bintang G2 di galaksi Bima Sakti kita. Pada saat yang sama, 85% bintang di galaksi kita adalah bintang yang kurang terang dari Matahari (kebanyakan dari mereka adalah katai merah di akhir siklus evolusinya). Seperti semua bintang deret utama, Matahari menghasilkan energi melalui fusi nuklir.

Radiasi matahari adalah sumber energi utama di Bumi. Kekuatannya dicirikan oleh konstanta matahari - jumlah energi yang melewati area satuan luas, tegak lurus terhadap sinar matahari. Pada jarak satu unit astronomi (yaitu, di orbit Bumi), konstanta ini kira-kira 1370 W/m 2 .

Melewati atmosfer bumi, radiasi matahari kehilangan energi sekitar 370 W / m 2, dan hanya 1000 W / m 2 yang mencapai permukaan bumi (dalam cuaca cerah dan saat Matahari berada di puncaknya). Energi ini dapat digunakan dalam berbagai proses alami dan buatan. Jadi, tumbuhan dengan bantuan fotosintesis mengolahnya menjadi bentuk kimiawi (oksigen dan senyawa organik). Pemanasan langsung dari sinar matahari atau konversi energi menggunakan sel fotovoltaik dapat digunakan untuk menghasilkan listrik (pembangkit listrik tenaga surya) atau melakukan pekerjaan lain yang bermanfaat. Dahulu kala, energi yang tersimpan dalam minyak dan bahan bakar fosil lainnya juga diperoleh melalui fotosintesis.

Matahari adalah bintang yang aktif secara magnetis. Ini memiliki medan magnet yang kuat yang berubah dari waktu ke waktu dan berubah arah kira-kira setiap 11 tahun, selama matahari maksimum. Variasi medan magnet Matahari menyebabkan berbagai efek, totalitasnya disebut aktivitas matahari dan mencakup fenomena seperti bintik matahari, jilatan api matahari, variasi angin matahari, dll., Dan di Bumi hal itu menyebabkan aurora di lintang tinggi dan menengah. dan badai geomagnetik, yang berdampak negatif terhadap pengoperasian fasilitas komunikasi, sarana transmisi listrik, dan juga berdampak negatif pada organisme hidup, menyebabkan sakit kepala dan kesehatan yang buruk pada manusia (pada orang yang peka terhadap badai magnet). Matahari adalah bintang muda generasi ketiga (populasi I) dengan kandungan logam yang tinggi, yaitu terbentuk dari sisa-sisa bintang generasi pertama dan kedua (populasi III dan II).

Usia Matahari saat ini (lebih tepatnya, waktu keberadaannya di deret utama), yang diperkirakan menggunakan model komputer evolusi bintang, adalah sekitar 4,57 miliar tahun.

Siklus hidup matahari. Matahari diyakini telah terbentuk sekitar 4,59 miliar tahun yang lalu ketika awan hidrogen molekuler dengan cepat dikompresi di bawah aksi gaya gravitasi untuk membentuk bintang jenis populasi bintang tipe T Taurus pertama di wilayah galaksi kita.

Bintang dengan massa yang sama dengan Matahari harus ada di deret utama selama total sekitar 10 miliar tahun. Jadi, saat ini Matahari kira-kira berada di tengah-tengah siklus hidupnya. Pada panggung saat ini Reaksi termonuklir terjadi di inti matahari, mengubah hidrogen menjadi helium. Setiap detik di inti Matahari, sekitar 4 juta ton materi diubah menjadi energi radiasi, menghasilkan radiasi matahari dan aliran neutrino matahari.

7. Gagasan teoretis umat manusia tentang struktur internal dan eksternal Matahari

Di pusat Matahari adalah inti matahari. Fotosfer adalah permukaan Matahari yang terlihat, yang merupakan sumber utama radiasi. Matahari dikelilingi oleh korona matahari, yang memiliki suhu sangat tinggi, tetapi sangat tipis, oleh karena itu hanya terlihat dengan mata telanjang selama periode lengkap. gerhana matahari.

Bagian tengah Matahari dengan radius sekitar 150.000 kilometer, tempat terjadinya reaksi termonuklir, disebut inti matahari. Kepadatan materi di inti sekitar 150.000 kg/m Analisis teoritis data yang dilakukan oleh misi SOHO menunjukkan bahwa di inti kecepatan rotasi Matahari di sekitar porosnya jauh lebih tinggi daripada di permukaan. Reaksi termonuklir proton-proton terjadi di dalam nukleus, akibatnya helium-4 terbentuk dari empat proton. Pada saat yang sama, 4,26 juta ton materi diubah menjadi energi setiap detik, tetapi nilai ini dapat diabaikan dibandingkan dengan massa Matahari - 2·10 27 ton.

Di atas inti, pada jarak sekitar 0,2 ... 0,7 radius Matahari dari pusatnya, terdapat zona transfer radiasi di mana tidak ada gerakan makroskopik, energi ditransfer dengan bantuan "emisi ulang" foton.

zona konvektif matahari. Lebih dekat ke permukaan Matahari, pusaran pencampuran plasma terjadi, dan transfer energi ke permukaan terjadi terutama oleh gerakan materi itu sendiri. Metode perpindahan energi ini disebut konveksi, dan lapisan bawah permukaan Matahari, dengan ketebalan kira-kira 200.000 km, tempat terjadinya, disebut zona konvektif. Menurut data modern, perannya dalam fisika proses matahari sangat besar, karena di dalamnya berbagai gerakan materi matahari dan medan magnet berasal.

Atmosfer Matahari Fotosfer (lapisan yang memancarkan cahaya) mencapai ketebalan ≈320 km dan membentuk permukaan Matahari yang terlihat. Bagian utama dari radiasi optik (terlihat) Matahari berasal dari fotosfer, sedangkan radiasi dari lapisan yang lebih dalam tidak lagi mencapainya. Suhu di fotosfer mencapai rata-rata 5800 K. Di sini, kerapatan rata-rata gas kurang dari 1/1000 kerapatan udara terestrial, dan suhu turun menjadi 4800 K saat mendekati tepi luar fotosfer. Dalam kondisi seperti itu, hidrogen hampir sepenuhnya berada dalam keadaan netral. Fotosfer membentuk permukaan Matahari yang terlihat, dari mana dimensi Matahari, jarak dari permukaan Matahari, dll. Ditentukan. Kromosfer adalah kulit terluar Matahari, setebal sekitar 10.000 km, mengelilingi fotosfer. Asal usul nama bagian atmosfer matahari ini dikaitkan dengan warnanya yang kemerahan, karena spektrum tampak didominasi oleh garis emisi hidrogen H-alfa yang berwarna merah. Batas atas kromosfer tidak memiliki permukaan halus yang jelas; semburan panas, yang disebut spikula, terus-menerus terjadi darinya (karena itu, pada akhir abad ke-19, astronom Italia Secchi, yang mengamati kromosfer melalui teleskop, membandingkan dengan padang rumput yang terbakar). Suhu kromosfer meningkat dengan ketinggian dari 4.000 hingga 15.000 derajat.

Kepadatan kromosfer rendah, sehingga kecerahannya tidak cukup untuk mengamatinya dalam kondisi normal. Namun saat gerhana matahari total, saat Bulan menutupi fotosfer terang, kromosfer yang terletak di atasnya menjadi terlihat dan bersinar merah. Itu juga dapat diamati kapan saja menggunakan filter optik pita sempit khusus.

Korona adalah kulit terluar matahari yang terakhir. Meskipun suhunya sangat tinggi, dari 600.000 hingga 2.000.000 derajat, namun hanya terlihat dengan mata telanjang selama gerhana matahari total, karena kepadatan materi di korona rendah, dan oleh karena itu kecerahannya juga rendah. Pemanasan intens yang luar biasa dari lapisan ini tampaknya disebabkan oleh efek magnetik dan aksi gelombang kejut. Bentuk korona berubah tergantung pada fase siklus aktivitas matahari: selama periode aktivitas maksimum, ia berbentuk bulat, dan setidaknya memanjang di sepanjang ekuator matahari. Karena suhu korona sangat tinggi, ia memancar secara intens dalam rentang ultraviolet dan sinar-X. Radiasi ini tidak melewati atmosfer bumi, tetapi masuk Akhir-akhir ini menjadi mungkin untuk mempelajarinya dengan bantuan pesawat ruang angkasa. Radiasi di berbagai wilayah korona terjadi secara tidak merata. Ada daerah aktif dan tenang yang panas, serta lubang koronal dengan suhu relatif rendah 600.000 derajat, dari mana garis medan magnet muncul ke luar angkasa. Konfigurasi magnetik ("terbuka") ini memungkinkan partikel meninggalkan Matahari tanpa halangan, sehingga angin surya dipancarkan "terutama" dari lubang koronal.

Dari bagian luar korona matahari, angin matahari mengalir keluar - aliran partikel terionisasi (terutama proton, elektron, dan partikel α), memiliki kecepatan 300 ... 1200 km / s dan menyebar, dengan penurunan bertahap dalam kepadatannya, hingga batas heliosfer.

Karena plasma surya memiliki konduktivitas listrik yang cukup tinggi, arus listrik dan akibatnya medan magnet dapat muncul di dalamnya.

8. Masalah teoritis fusi termonuklir di Matahari

Masalah neutrino matahari. Reaksi nuklir yang terjadi di inti Matahari menyebabkan pembentukan neutrino elektron dalam jumlah besar. Pada saat yang sama, pengukuran fluks neutrino di Bumi, yang terus-menerus dilakukan sejak akhir 1960-an, menunjukkan bahwa jumlah neutrino elektron matahari yang tercatat di sana kira-kira dua hingga tiga kali lebih sedikit daripada yang diperkirakan oleh model surya standar yang menjelaskan proses di Bumi. matahari. Perbedaan antara eksperimen dan teori ini disebut "masalah neutrino matahari" dan telah menjadi salah satu misteri fisika matahari selama lebih dari 30 tahun. Situasinya diperumit oleh fakta bahwa neutrino berinteraksi sangat lemah dengan materi, dan pembuatan detektor neutrino yang dapat secara akurat mengukur fluks neutrino bahkan dengan kekuatan seperti yang berasal dari Matahari adalah tugas ilmiah yang agak sulit.

Dua cara utama untuk memecahkan masalah solar neutrino telah diusulkan. Pertama, dimungkinkan untuk memodifikasi model Matahari sedemikian rupa untuk mengurangi suhu yang diasumsikan di intinya dan, akibatnya, fluks neutrino yang dipancarkan oleh Matahari. Kedua, dapat diasumsikan bahwa beberapa neutrino elektron yang dipancarkan oleh inti Matahari, ketika bergerak menuju Bumi, berubah menjadi neutrino generasi lain (muon dan tau neutrino) yang tidak terdeteksi oleh detektor konvensional. Saat ini, para ilmuwan cenderung percaya bahwa cara kedua kemungkinan besar adalah cara yang benar. Agar transisi dari satu jenis neutrino ke yang lain - yang disebut "osilasi neutrino" - berlangsung, neutrino harus memiliki massa bukan nol. Sekarang telah ditetapkan bahwa ini tampaknya benar. Pada tahun 2001, ketiga jenis neutrino surya terdeteksi secara langsung di Observatorium Neutrino Sudbury dan fluks totalnya terbukti konsisten dengan Standard Solar Model. Dalam hal ini, hanya sekitar sepertiga dari neutrino yang mencapai Bumi ternyata elektronik. Angka ini konsisten dengan teori yang memprediksi transisi neutrino elektron menjadi neutrino generasi lain baik dalam ruang hampa (sebenarnya "osilasi neutrino") dan dalam materi matahari ("efek Mikheev-Smirnov-Wolfenstein"). Dengan demikian, saat ini masalah solar neutrino tampaknya sudah terpecahkan.

Masalah pemanasan korona. Di atas permukaan Matahari yang terlihat (fotosfer), yang memiliki suhu sekitar 6.000 K, terdapat korona matahari dengan suhu lebih dari 1.000.000 K. Terlihat bahwa aliran panas langsung dari fotosfer tidak cukup untuk menyebabkan suhu korona yang begitu tinggi.

Diasumsikan bahwa energi untuk memanaskan korona disuplai oleh gerakan turbulen dari zona konvektif subfotosfer. Dalam hal ini, dua mekanisme telah diajukan untuk transfer energi ke korona. Pertama, ini adalah pemanasan gelombang - gelombang suara dan magnetohidrodinamik yang dihasilkan di zona konvektif turbulen merambat ke korona dan menghilang di sana, sementara energinya diubah menjadi energi termal plasma koronal. Mekanisme alternatif adalah pemanasan magnetik, di mana energi magnetik yang dihasilkan secara terus-menerus oleh gerakan fotosfer dilepaskan dengan menghubungkan kembali medan magnet dalam bentuk suar matahari besar atau sejumlah besar suar kecil.

Saat ini, tidak jelas jenis gelombang apa yang menyediakan mekanisme efisien untuk memanaskan korona. Dapat ditunjukkan bahwa semua gelombang, kecuali Alfven magnetohidrodinamik, tersebar atau dipantulkan sebelum mencapai korona, sementara disipasi gelombang Alfven di korona sulit. Oleh karena itu, para peneliti modern memusatkan perhatian pada mekanisme pemanasan dengan bantuan jilatan api matahari. Salah satu kandidat yang mungkin untuk sumber pemanasan koronal adalah semburan skala kecil yang terus terjadi, meskipun kejelasan akhir tentang masalah ini belum tercapai.

P.S. Setelah membaca tentang "Masalah Teoritis Fusi Termonuklir di Matahari", perlu diingat tentang "Occam's Razor". Di sini, penjelasan teoretis yang tidak logis dan dibuat-buat jelas digunakan dalam penjelasan masalah teoretis.

9. Jenis bahan bakar termonuklir. bahan bakar termonuklir

Fusi termonuklir terkontrol (CTF) adalah sintesis inti atom yang lebih berat dari yang lebih ringan untuk mendapatkan energi, yang, tidak seperti fusi termonuklir eksplosif (digunakan dalam senjata termonuklir), dikendalikan. Fusi termonuklir terkontrol berbeda dari tradisional daya nuklir fakta bahwa yang terakhir menggunakan reaksi peluruhan, di mana inti yang lebih ringan diperoleh dari inti yang berat. Reaksi nuklir utama yang rencananya akan digunakan untuk fusi terkontrol akan menggunakan deuterium (2 H) dan tritium (3 H), dan dalam jangka panjang helium-3 (3 He) dan boron-11 (11 B)

Jenis reaksi. Reaksi fusi adalah sebagai berikut: dua atau lebih inti atom diambil dan, dengan penerapan gaya tertentu, mereka mendekati sedemikian rupa sehingga gaya yang bekerja pada jarak tersebut menang atas gaya tolak Coulomb antara inti bermuatan sama, sebagai akibat dari dimana inti baru terbentuk. Ini akan memiliki massa yang sedikit lebih kecil dari jumlah massa inti asli, dan selisihnya menjadi energi yang dilepaskan selama reaksi. Jumlah energi yang dilepaskan dijelaskan oleh rumus terkenal e = mc 2. Inti atom yang lebih ringan lebih mudah dibawa ke jarak yang tepat, jadi hidrogen - unsur paling melimpah di alam semesta - adalah bahan bakar terbaik untuk reaksi fusi.

Telah ditetapkan bahwa campuran dua isotop hidrogen, deuterium dan tritium, membutuhkan energi paling sedikit untuk reaksi fusi dibandingkan dengan energi yang dilepaskan selama reaksi. Namun, meskipun campuran deuterium dan tritium (D-T) adalah subjek dari sebagian besar penelitian fusi, itu bukanlah satu-satunya bahan bakar potensial. Campuran lain mungkin lebih mudah dibuat; reaksi mereka dapat dikontrol dengan lebih baik, atau yang lebih penting, menghasilkan lebih sedikit neutron. Yang menarik adalah apa yang disebut reaksi "tanpa neutron", karena keberhasilan penggunaan industri bahan bakar semacam itu berarti tidak adanya kontaminasi radioaktif jangka panjang pada bahan dan desain reaktor, yang, pada gilirannya, dapat secara positif mempengaruhi opini publik dan keseluruhan. biaya pengoperasian reaktor, secara signifikan mengurangi biaya dekomisioning. Masalahnya tetap bahwa reaksi fusi menggunakan bahan bakar alternatif jauh lebih sulit dipertahankan, sehingga reaksi D-T dianggap hanya sebagai langkah awal yang diperlukan.

Skema reaksi deuterium-tritium. Fusi termonuklir terkontrol dapat digunakan jenis yang berbeda reaksi termonuklir tergantung pada jenis bahan bakar yang digunakan.

Reaksi yang paling mudah diterapkan adalah deuterium + tritium:

2 H + 3 H = 4 He + N dengan output energi 17,6 MeV.

Reaksi semacam itu paling mudah diimplementasikan dari sudut pandang teknologi modern, memberikan hasil energi yang signifikan, dan komponen bahan bakarnya murah. Kerugiannya adalah pelepasan radiasi neutron yang tidak diinginkan.

Dua inti: deuterium dan tritium berfusi untuk membentuk inti helium (partikel alfa) dan neutron berenergi tinggi.

Reaksi - deuterium + helium-3 jauh lebih sulit, pada batas yang memungkinkan, untuk melakukan reaksi deuterium + helium-3:

2 H + 3 Dia = 4 Dia + P dengan output energi 18,3 MeV.

Kondisi untuk mencapainya jauh lebih rumit. Helium-3 juga merupakan isotop langka dan sangat mahal. Saat ini tidak diproduksi dalam skala industri.

Reaksi antara inti deuterium (D-D, monopropelan).

Reaksi antara inti deuterium juga dimungkinkan, reaksi ini sedikit lebih sulit daripada reaksi yang melibatkan helium-3.

Reaksi ini perlahan-lahan berjalan paralel dengan reaksi deuterium + helium-3, dan tritium dan helium-3 yang terbentuk selama itu kemungkinan besar akan segera bereaksi dengan deuterium.

Jenis reaksi lainnya. Beberapa jenis reaksi lain juga mungkin terjadi. Pilihan bahan bakar bergantung pada banyak faktor - ketersediaan dan biaya rendah, hasil energi, kemudahan mencapai kondisi yang diperlukan untuk reaksi fusi (terutama suhu), karakteristik desain reaktor yang diperlukan, dan sebagainya.

Reaksi "tanpa neutron". Yang disebut paling menjanjikan. reaksi "tanpa neutron", karena fluks neutron yang dihasilkan oleh fusi termonuklir (misalnya, dalam reaksi deuterium-tritium) membawa sebagian besar daya dan menghasilkan radioaktivitas terinduksi dalam desain reaktor. Reaksi deuterium-helium-3 menjanjikan, juga karena kurangnya hasil neutron.

10. Gagasan klasik tentang syarat-syarat pelaksanaan. fusi termonuklir dan reaktor termonuklir terkontrol

TOKAMAK (KAMERA TOROIDAL DENGAN GULUNG MAGNETIK) adalah fasilitas toroidal untuk pengurungan plasma magnetik. Plasma dipegang bukan oleh dinding ruangan, yang tidak mampu menahan suhunya, tetapi oleh medan magnet yang dibuat khusus. Fitur TOKAMAK adalah penggunaannya arus listrik, mengalir melalui plasma untuk menciptakan bidang poloidal yang diperlukan untuk kesetimbangan plasma.

CTS dimungkinkan dengan pemenuhan dua kriteria secara bersamaan:

• suhu plasma harus lebih besar dari 100.000.000 K;
• memenuhi kriteria Lawson: N · T> 5 10 19 cm -3 s (untuk reaksi D-T),
  Di mana N adalah densitas plasma suhu tinggi, T adalah waktu kurungan plasma dalam sistem.

Dipercaya, secara teoritis, bahwa nilai dari kedua kriteria inilah yang terutama menentukan laju reaksi termonuklir tertentu.

Saat ini, fusi termonuklir terkontrol belum dilakukan dalam skala industri. Meskipun negara maju telah membangun, secara umum, beberapa lusin reaktor termonuklir terkontrol, mereka tidak dapat menyediakan fusi termonuklir terkontrol. Pembangunan ITER reaktor riset internasional sedang dalam tahap awal.

Dua skema utama untuk penerapan fusi termonuklir terkendali dipertimbangkan.

Sistem kuasi-stasioner. Plasma dipanaskan dan ditahan oleh medan magnet pada tekanan yang relatif rendah dan suhu tinggi. Untuk itu digunakan reaktor berupa TOKAMAKS, stellarator, mirror trap dan torsatron yang berbeda konfigurasi medan magnetnya. Reaktor ITER memiliki konfigurasi TOKAMAK.

sistem impuls. Dalam sistem seperti itu, CTS dilakukan dengan pemanasan jangka pendek dari target kecil yang mengandung deuterium dan tritium dengan laser atau pulsa ion berkekuatan sangat tinggi. Iradiasi semacam itu menyebabkan serangkaian ledakan mikro termonuklir.

Studi tentang reaktor termonuklir jenis pertama jauh lebih berkembang daripada yang kedua. Dalam fisika nuklir, dalam studi fusi termonuklir, jebakan magnet digunakan untuk menahan plasma dalam volume tertentu. Perangkap magnet dirancang untuk menjaga agar plasma tidak bersentuhan dengan elemen reaktor termonuklir, mis. digunakan terutama sebagai insulator panas. Prinsip kurungan didasarkan pada interaksi partikel bermuatan dengan medan magnet, yaitu pada rotasi partikel bermuatan di sekitar garis medan magnet. Sayangnya, plasma termagnetisasi sangat tidak stabil dan cenderung meninggalkan medan magnet. Oleh karena itu, untuk membuat jebakan magnet yang efektif, elektromagnet paling kuat digunakan, yang menghabiskan banyak energi.

Dimungkinkan untuk mengurangi ukuran reaktor termonuklir jika tiga metode pembuatan reaksi termonuklir digunakan secara bersamaan di dalamnya.

sintesis inersia. Radiasi kapsul kecil bahan bakar deuterium-tritium dengan laser berkekuatan 500 triliun (5 10 14) watt. Pulsa laser raksasa berdurasi sangat pendek 10–8 detik ini menyebabkan kapsul bahan bakar meledak, mengakibatkan lahirnya bintang mini dalam sepersekian detik. Tetapi reaksi termonuklir tidak dapat dicapai di atasnya.

Secara bersamaan gunakan mesin Z dengan TOKAMAK. Mesin Z bekerja secara berbeda dari laser. Ia melewati jaring kabel tertipis yang mengelilingi kapsul bahan bakar, muatan dengan daya setengah triliun watt 5 10 11 watt.

Reaktor generasi pertama kemungkinan besar akan berjalan pada campuran deuterium dan tritium. Neutron yang muncul selama reaksi akan diserap oleh pelindung reaktor, dan panas yang dilepaskan akan digunakan untuk memanaskan pendingin di penukar panas, dan energi ini selanjutnya akan digunakan untuk memutar generator.

Secara teori, ada jenis bahan bakar alternatif yang tidak memiliki kelemahan ini. Tetapi penggunaannya terhalang oleh batasan fisik yang mendasar. Untuk mendapatkan energi yang cukup dari reaksi fusi, perlu menjaga plasma yang cukup padat pada suhu fusi (10 8 K) selama waktu tertentu.

Aspek mendasar dari sintesis ini dijelaskan oleh produk kerapatan plasma N untuk waktu pemeliharaan plasma τ yang dipanaskan, yang diperlukan untuk mencapai titik kesetimbangan. Bekerja Nτ tergantung pada jenis bahan bakar dan merupakan fungsi dari temperatur plasma. Dari semua jenis bahan bakar, campuran deuterium-tritium membutuhkan nilai terendah Nτ dengan setidaknya urutan besarnya, dan suhu reaksi terendah setidaknya 5 kali. Dengan demikian, reaksi D-T merupakan langkah pertama yang diperlukan, namun penggunaan bahan bakar lain tetap menjadi tujuan penelitian yang penting.

11. Reaksi fusi sebagai sumber listrik industri

Energi fusi dianggap oleh banyak peneliti sebagai sumber energi "alami" dalam jangka panjang. Pendukung penggunaan komersial reaktor fusi untuk pembangkit listrik membuat argumen berikut yang menguntungkan mereka:

• cadangan bahan bakar (hidrogen) yang praktis tidak habis-habisnya;
• bahan bakar dapat diperoleh dari air laut di pantai mana pun di dunia, yang membuat satu atau sekelompok negara tidak mungkin memonopoli bahan bakar;
• ketidakmungkinan reaksi sintesis yang tidak terkendali;
• tidak adanya produk pembakaran;
• tidak perlu menggunakan bahan-bahan yang dapat digunakan untuk memproduksi senjata nuklir, sehingga meniadakan kasus sabotase dan terorisme;
• dibandingkan dengan reaktor nuklir, sejumlah kecil limbah radioaktif dihasilkan dengan waktu paruh yang pendek.

Diperkirakan bidal yang diisi dengan deuterium menghasilkan energi yang setara dengan 20 ton batu bara. Danau berukuran sedang mampu menyediakan energi bagi negara mana pun selama ratusan tahun. Namun, perlu dicatat bahwa reaktor riset yang ada dirancang untuk mencapai reaksi deuterium-tritium (DT) langsung, yang siklus bahan bakarnya memerlukan penggunaan litium untuk menghasilkan tritium, sedangkan klaim energi tak habis-habisnya mengacu pada penggunaan deuterium-deuterium. (DD) pada reaktor generasi kedua.

Sama seperti reaksi fisi, reaksi fusi tidak menghasilkan emisi karbon dioksida di atmosfer, penyumbang utama pemanasan global. Ini adalah keuntungan yang signifikan, karena penggunaan bahan bakar fosil untuk pembangkit listrik berdampak, misalnya, AS menghasilkan 29 kg CO 2 (salah satu gas utama yang dapat dianggap sebagai penyebab pemanasan global) per penduduk AS. per hari.

12. Sudah memiliki keraguan

Negara-negara Komunitas Eropa menghabiskan sekitar 200 juta euro setiap tahun untuk penelitian, dan diperkirakan akan memakan waktu beberapa dekade lagi sebelum penggunaan industri fusi nuklir menjadi mungkin. Pendukung sumber energi alternatif percaya bahwa akan lebih tepat untuk mengarahkan dana ini ke pengenalan sumber energi terbarukan.

Sayangnya, terlepas dari optimisme yang meluas (umum sejak 1950-an, ketika penelitian pertama dimulai), hambatan signifikan antara pemahaman proses fusi nuklir saat ini, kemungkinan teknologi dan penggunaan praktis fusi nuklir belum diatasi, bahkan tidak jelas berapa banyak dapat menjadi produksi listrik yang menguntungkan secara ekonomi menggunakan fusi termonuklir. Meskipun kemajuan dalam penelitian konstan, peneliti terus dihadapkan pada tantangan baru. Misalnya, tantangannya adalah mengembangkan bahan yang tahan terhadap pemboman neutron, yang diperkirakan 100 kali lebih kuat daripada reaktor nuklir konvensional.

13. Gagasan klasik tentang tahapan yang akan datang dalam pembuatan reaktor termonuklir terkontrol

Berikut tahapan dalam penelitian.

Ekuilibrium atau mode "lulus": ketika total energi yang dilepaskan selama proses fusi sama dengan total energi yang dihabiskan untuk memulai dan mendukung reaksi. Rasio ini ditandai dengan simbol Q. Keseimbangan reaksi didemonstrasikan di JET di Inggris pada tahun 1997. Setelah menghabiskan 52 MW listrik untuk memanaskannya, para ilmuwan menerima output daya 0,2 MW lebih tinggi dari yang dihabiskan. (Anda perlu memeriksa ulang data ini!)

Plasma Berkobar: tahap peralihan di mana reaksi akan didukung terutama oleh partikel alfa yang dihasilkan selama reaksi, dan bukan oleh pemanasan eksternal.

Q≈ 5. Sejauh ini, tahap peralihan belum tercapai.

Pengapian: respons stabil yang menopang dirinya sendiri. Harus dicapai dengan nilai-nilai besar Q. Sejauh ini belum tercapai.

Langkah selanjutnya dalam penelitian adalah ITER, Reaktor Eksperimental Termonuklir Internasional. Pada reaktor ini, direncanakan untuk mempelajari perilaku plasma suhu tinggi (plasma menyala dengan Q≈ 30) dan bahan struktural untuk reaktor industri.

Fase terakhir dari penelitian ini adalah DEMO: prototipe reaktor industri yang akan mencapai pengapian dan menunjukkan kesesuaian praktis dari material baru. Prakiraan paling optimis untuk penyelesaian fase DEMO: 30 tahun. Mempertimbangkan perkiraan waktu untuk pembangunan dan commissioning reaktor industri, kami dipisahkan oleh ≈40 tahun dari penggunaan industri energi termonuklir.

14. Semua ini perlu diperhatikan

Lusinan, dan mungkin ratusan reaktor termonuklir eksperimental dengan berbagai ukuran telah dibangun di dunia. Ilmuwan datang untuk bekerja, menyalakan reaktor, reaksi berlangsung cepat, sepertinya mereka mematikannya, dan mereka duduk dan berpikir. Apa alasannya? Apa yang harus dilakukan selanjutnya? Dan selama beberapa dekade, tidak berhasil.

Nah, sejarah pemahaman manusia tentang fusi termonuklir di Matahari dan sejarah pencapaian umat manusia dalam menciptakan reaktor termonuklir terkontrol telah diuraikan di atas.

Jalan panjang telah dilalui dan banyak yang telah dilakukan untuk mencapai tujuan akhir. Tapi, sayangnya, hasilnya negatif. Reaktor termonuklir terkontrol belum dibuat. 30 ... 40 tahun lagi dan janji para ilmuwan akan terpenuhi. Akankah mereka? 60 tahun tidak ada hasil. Mengapa harus terjadi dalam 30...40 tahun, dan bukan dalam tiga tahun?

Ada gagasan lain tentang fusi termonuklir di Matahari. Itu logis, sederhana dan benar-benar mengarah pada hasil yang positif. Penemuan ini oleh V.F. Vlasov. Berkat penemuan ini, bahkan TOKAMAKS dapat mulai beroperasi dalam waktu dekat.

15. Pandangan baru tentang sifat fusi termonuklir di Matahari dan penemuan "Metode fusi termonuklir terkontrol dan reaktor termonuklir terkontrol untuk fusi termonuklir terkontrol"

Dari penulis. Penemuan dan penemuan ini hampir berusia 20 tahun. Untuk waktu yang lama saya ragu bahwa saya telah menemukan cara baru untuk melakukan fusi termonuklir dan untuk penerapannya reaktor termonuklir baru. Saya telah meneliti dan mempelajari ratusan makalah di bidang fusi termonuklir. Waktu dan informasi yang diproses meyakinkan saya bahwa saya berada di jalur yang benar.

Sepintas, penemuan ini sangat sederhana dan sama sekali tidak terlihat seperti reaktor termonuklir eksperimental tipe TOKAMAK. Dalam gagasan otoritas modern dari ilmu TOKAMAK, ini adalah satu-satunya keputusan yang benar dan tidak perlu didiskusikan. 60 tahun gagasan reaktor termonuklir. Tetapi hasil positif - reaktor termonuklir yang berfungsi dengan fusi termonuklir terkontrol TOKAMAK - dijanjikan hanya dalam 30...40 tahun. Mungkin, jika tidak ada hasil positif yang nyata selama 60 tahun, maka metode solusi teknis yang dipilih dari gagasan tersebut - pembuatan reaktor termonuklir terkontrol -, secara halus, salah, atau tidak cukup realistis. Mari kita coba tunjukkan bahwa ada solusi lain untuk ide ini berdasarkan penemuan fusi termonuklir di Matahari, dan ini berbeda dari ide yang diterima secara umum.

Pembukaan. Gagasan utama dari pembukaannya sangat sederhana dan logis, dan terletak pada kenyataan itu reaksi termonuklir terjadi di wilayah korona matahari. Di sinilah kondisi fisik yang diperlukan untuk pelaksanaan reaksi termonuklir. Dari korona matahari yang suhu plasmanya kira-kira 1.500.000 K, permukaan Matahari memanas hingga 6.000 K, dari sini campuran bahan bakar menguap ke korona matahari dari permukaan Matahari yang mendidih.Suhu 6.000 K sudah cukup untuk campuran bahan bakar berupa uap yang menguap untuk mengatasi gaya gravitasi matahari. Ini melindungi permukaan Matahari dari panas berlebih dan menjaga suhu permukaannya.

Di dekat zona pembakaran - korona matahari, terdapat kondisi fisik di mana ukuran atom harus berubah dan, pada saat yang sama, gaya Coulomb akan berkurang secara signifikan. Setelah kontak, atom campuran bahan bakar bergabung dan mensintesis elemen baru dengan pelepasan panas yang besar. Zona pembakaran ini menciptakan korona matahari, dari mana energi dalam bentuk radiasi dan materi masuk ke luar angkasa. Fusi deuterium dan tritium dibantu oleh medan magnet Matahari yang berputar, tempat keduanya bercampur dan dipercepat. Juga dari zona reaksi termonuklir di korona matahari muncul dan bergerak dengan energi besar, menuju bahan bakar yang menguap, partikel bermuatan listrik cepat, serta foton - kuanta medan elektromagnetik, semua ini menciptakan kondisi fisik yang diperlukan untuk fusi termonuklir.

Dalam konsep fisikawan klasik, fusi termonuklir, untuk beberapa alasan, tidak dikaitkan dengan proses pembakaran (ini tidak berarti proses oksidatif). Otoritas dari fisika muncul dengan gagasan bahwa fusi termonuklir di Matahari mengulangi proses vulkanik di sebuah planet, misalnya Bumi. Karenanya semua penalaran, metode kesamaan digunakan. Tidak ada bukti bahwa inti planet Bumi berbentuk cairan cair. Bahkan geofisika tidak dapat mencapai kedalaman seperti itu. Keberadaan gunung berapi tidak bisa dianggap sebagai bukti adanya inti cair Bumi. Di perut bumi, terutama di kedalaman yang dangkal, terdapat proses fisik yang masih belum diketahui oleh fisikawan terkemuka. Dalam fisika, tidak ada satu pun bukti bahwa fusi termonuklir terjadi di kedalaman bintang mana pun. Dan dalam bom termonuklir, fusi termonuklir sama sekali tidak mengulangi model di perut Matahari.

Setelah studi visual yang cermat, Matahari terlihat seperti pembakar volumetrik berbentuk bola dan sangat mirip dengan pembakaran di permukaan bumi yang luas, di mana ada celah antara batas permukaan dan zona pembakaran (prototipe korona matahari) yang melaluinya termal radiasi ditransmisikan ke permukaan bumi, yang menguap, misalnya bahan bakar yang tumpah dan uap yang telah disiapkan ini memasuki zona pembakaran.

Jelas bahwa di permukaan Matahari, proses seperti itu terjadi di bawah kondisi fisik lain. Kondisi fisik yang serupa, cukup dekat dari segi parameter, dimasukkan dalam pengembangan desain reaktor termonuklir terkontrol, Deskripsi Singkat dan diagram skematik yang diatur dalam permohonan paten yang ditetapkan di bawah ini.

Abstrak Permohonan Paten No. 2005123095/06(026016).

"Metode fusi termonuklir terkontrol dan reaktor termonuklir terkontrol untuk implementasi fusi termonuklir terkontrol".

Saya menjelaskan metode dan prinsip pengoperasian reaktor termonuklir terkontrol yang dinyatakan untuk implementasi fusi termonuklir terkontrol.

Beras. 1. Sederhana diagram sirkuit UTYAR

Pada ara. 1 menunjukkan diagram skematik UTYAR. Campuran bahan bakar, dengan perbandingan massa 1:10, dikompresi menjadi 3000 kg / cm 2 dan dipanaskan hingga 3000 ° C, di dalam zona 1 bercampur dan masuk melalui bagian kritis nosel ke zona ekspansi 2 . Di dalam zona 3 campuran bahan bakar dinyalakan.

Suhu percikan pengapian dapat berupa suhu apa pun yang diperlukan untuk memulai proses termal - dari 109...108 K ke bawah, tergantung pada kondisi fisik yang diperlukan yang dibuat.

Di zona suhu tinggi 4 proses pembakaran berlangsung. Produk pembakaran mentransfer panas dalam bentuk radiasi dan konveksi ke sistem pertukaran panas 5 dan menuju campuran bahan bakar yang masuk. Perangkat 6 di bagian aktif reaktor dari bagian kritis nosel hingga ujung zona pembakaran membantu mengubah besarnya gaya Coulomb dan meningkatkan penampang efektif inti campuran bahan bakar (menciptakan kondisi fisik yang diperlukan) .

Diagram menunjukkan bahwa reaktor mirip dengan kompor gas. Tapi reaktor termonuklir harus seperti itu, dan tentunya parameter fisiknya akan berbeda ratusan kali lipat dari, misalnya parameter fisik kompor gas.

Pengulangan kondisi fisik fusi termonuklir di Matahari dalam kondisi terestrial - inilah inti dari penemuan ini.

Setiap perangkat penghasil panas yang menggunakan pembakaran harus menciptakan kondisi berikut - siklus: persiapan bahan bakar, pencampuran, suplai ke zona kerja (zona pembakaran), pengapian, pembakaran (transformasi kimia atau nuklir), pembuangan panas dari gas panas dalam bentuk radiasi dan konveksi, dan penghapusan produk pembakaran. Dalam kasus limbah berbahaya - pembuangannya. Semua ini tercakup dalam paten yang tertunda.

Argumen utama fisikawan tentang pemenuhan kriteria Lawsen terpenuhi - selama penyalaan oleh percikan listrik atau sinar laser, serta partikel bermuatan listrik cepat yang dipantulkan dari zona pembakaran ke bahan bakar yang menguap, serta foton - kuanta medan elektromagnetik dengan energi kepadatan tinggi, suhu 109 .. .108 K untuk area minimum tertentu dari bahan bakar, selain itu, kepadatan bahan bakar akan menjadi 10 14 cm -3 . Bukankah ini cara dan metode untuk memenuhi kriteria Lawsen. Tetapi semua parameter fisik ini dapat berubah di bawah pengaruh faktor eksternal pada beberapa parameter fisik lainnya. Ini masih pengetahuan.

Mari kita pertimbangkan alasan ketidakmungkinan menerapkan fusi termonuklir di reaktor termonuklir yang dikenal.

16. Kerugian dan masalah gagasan yang diterima secara umum dalam fisika tentang reaksi termonuklir di Matahari

1. Diketahui. Suhu permukaan Matahari yang terlihat - fotosfer - adalah 5800 K. Kepadatan gas di fotosfer ribuan kali lebih kecil dari kepadatan udara di dekat permukaan bumi. Secara umum diterima bahwa di dalam Matahari suhu, densitas dan tekanan meningkat dengan kedalaman, mencapai 16 juta K di tengah (ada yang mengatakan 100 juta K), 160 g/cm 3 dan 3,5 10 11 bar. Di bawah pengaruh suhu tinggi di inti Matahari, hidrogen berubah menjadi helium dengan pelepasan panas dalam jumlah besar. Jadi, diyakini bahwa suhu di dalam Matahari berkisar antara 16 hingga 100 juta derajat, di permukaan 5800 derajat, dan di korona matahari dari 1 hingga 2 juta derajat? Mengapa omong kosong seperti itu? Tidak ada yang bisa menjelaskan ini dengan cara yang jelas dan dapat dimengerti. Penjelasan terkenal yang diterima secara umum cacat dan tidak memberikan gambaran yang jelas dan memadai tentang alasan pelanggaran hukum termodinamika di Matahari.

2. Bom termonuklir dan reaktor termonuklir beroperasi berdasarkan prinsip teknologi yang berbeda, yaitu. sama-sama mirip. Tidak mungkin membuat reaktor termonuklir yang mirip dengan bom termonuklir, yang terlewatkan dalam pengembangan reaktor termonuklir eksperimental modern.

3. Pada tahun 1920, fisikawan otoritatif Eddington dengan hati-hati mengemukakan sifat reaksi termonuklir di Matahari, bahwa tekanan dan suhu di perut Matahari begitu tinggi sehingga reaksi termonuklir dapat terjadi di sana, di mana inti hidrogen (proton) bergabung menjadi inti helium-4. Ini adalah pandangan yang diterima secara umum saat ini. Namun sejak saat itu, tidak ada bukti bahwa reaksi termonuklir terjadi di inti Matahari pada 16 juta K (beberapa fisikawan percaya 100 juta K), densitas 160 g/cm3 dan tekanan 3,5 x 1011 bar, hanya ada asumsi teoritis. Reaksi termonuklir di korona matahari terbukti. Mudah dideteksi dan diukur.

4. Masalah neutrino matahari. Reaksi nuklir yang terjadi di inti Matahari menyebabkan pembentukan neutrino elektron dalam jumlah besar. Pembentukan, transformasi, dan jumlah neutrino matahari, menurut gagasan lama, tidak dijelaskan secara jelas dan beberapa dekade sudah cukup. Tidak ada kesulitan teoretis dalam konsep baru fusi termonuklir di Matahari.

5. Masalah pemanasan korona. Di atas permukaan Matahari yang terlihat (fotosfer), yang memiliki suhu sekitar 6000 K, terdapat korona matahari dengan suhu lebih dari 1.500.000 K. Terlihat bahwa aliran panas langsung dari fotosfer tidak cukup untuk menyebabkan suhu korona yang begitu tinggi. Pemahaman baru tentang fusi termonuklir di Matahari menjelaskan sifat suhu korona matahari seperti itu. Di sinilah reaksi termonuklir berlangsung.

6. Fisikawan lupa bahwa TOKAMAKS terutama diperlukan untuk menampung plasma suhu tinggi dan tidak lebih. TOKAMAKS yang ada dan sedang dibuat tidak menyediakan penciptaan kondisi fisik khusus yang diperlukan untuk melakukan fusi termonuklir. Untuk beberapa alasan tidak ada yang mengerti ini. Setiap orang dengan keras kepala percaya bahwa deuterium dan tritium harus terbakar dengan baik pada suhu jutaan. Mengapa tiba-tiba? Target nuklir meledak dengan cepat, bukan terbakar. Perhatikan baik-baik bagaimana pembakaran nuklir terjadi di TOKAMAK. Ledakan nuklir semacam itu hanya dapat menahan medan magnet reaktor yang kuat ukuran besar(mudah dihitung), tapi kemudian efisiensi reaktor seperti itu tidak dapat diterima aplikasi teknis. Dalam paten yang tertunda, masalah membatasi plasma fusi mudah dipecahkan.

Penjelasan para ilmuwan tentang proses yang terjadi di perut Matahari tidak cukup untuk memahami fusi termonuklir secara mendalam. Tidak ada yang menganggap proses persiapan bahan bakar, proses perpindahan panas dan massa, di kedalaman, dalam kondisi kritis yang sangat sulit, cukup baik. Misalnya, bagaimana, dalam kondisi apa, plasma terbentuk pada kedalaman di mana terjadi fusi termonuklir? Bagaimana dia berperilaku, dll. Lagi pula, TOKAMAKS secara teknis diatur dengan cara ini.

Jadi, ide baru fusi termonuklir menyelesaikan semua masalah teknis dan teoretis yang ada di bidang ini.

P.S. Sulit untuk ditawarkan kebenaran sederhana orang yang selama beberapa dekade percaya pada pendapat (asumsi) otoritas ilmiah. Untuk memahami tentang apa penemuan baru itu, cukup meninjau secara mandiri apa yang telah menjadi dogma selama bertahun-tahun. Jika proposisi baru tentang sifat efek fisik menimbulkan keraguan tentang kebenaran asumsi lama, buktikan kebenarannya pada diri sendiri terlebih dahulu. Inilah yang harus dilakukan oleh setiap ilmuwan sejati. Penemuan fusi termonuklir di korona matahari dibuktikan terutama secara visual. Pembakaran termonuklir tidak terjadi di perut Matahari, melainkan di permukaannya. Ini adalah api khusus. Dalam banyak foto dan gambar Matahari, Anda bisa melihat bagaimana proses pembakaran berlangsung, bagaimana proses pembentukan plasma berlangsung.

1. Fusi termonuklir terkendali. Wikipedia.

2. Velikhov E.P., Mirnov S.V. Fusi termonuklir terkendali memasuki garis finis. Institut Troitsk untuk Riset Inovasi dan Termonuklir. Rusia Pusat Sains"Institut Kurchatov", 2006.

3. Llewellyn-Smith K. Dalam perjalanan ke teknik tenaga termonuklir. Materi kuliah diberikan pada tanggal 17 Mei 2009 di FIAN.

4. Ensiklopedia Matahari. Tesis, 2006.

5. Matahari. Astronet.

6. Matahari dan kehidupan Bumi. Komunikasi radio dan gelombang radio.

7. Matahari dan Bumi. Fluktuasi seragam.

8. Matahari. tata surya. astronomi umum. Proyek "Astrogalaxy".

9. Perjalanan dari pusat Matahari. Mekanika Populer, 2008.

10. Matahari. Ensiklopedia fisik.

11. Gambar Astronomi Hari Ini.

12. Pembakaran. Wikipedia.

"Ilmu pengetahuan dan teknologi"

>Matahari terbuat dari apa?

Temukan, matahari terbuat dari apa: deskripsi struktur dan komposisi bintang, daftar unsur kimia, jumlah dan karakteristik lapisan dengan foto, diagram.

Dari Bumi, Matahari terlihat seperti bola api yang halus, dan sebelum ditemukannya bintik matahari oleh kapal komik Galileo, banyak astronom mengira itu berbentuk sempurna tanpa ketidaksempurnaan. Sekarang kita tahu itu Matahari dibuat dari beberapa lapisan, seperti Bumi, yang masing-masing menjalankan fungsinya sendiri-sendiri. Struktur Matahari ini, seperti oven masif, adalah pemasok semua energi di Bumi yang diperlukan untuk kehidupan di bumi.

Matahari terdiri dari unsur apa?

Jika Anda dapat memisahkan sebuah bintang dan membandingkan unsur-unsur penyusunnya, Anda akan memahami bahwa komposisinya adalah 74% hidrogen dan 24% helium. Selain itu, Matahari terdiri dari 1% oksigen, dan 1% sisanya adalah unsur kimia tabel periodik seperti kromium, kalsium, neon, karbon, magnesium, belerang, silikon, nikel, besi. Para astronom percaya bahwa unsur yang lebih berat dari helium adalah logam.

Bagaimana semua elemen Matahari ini muncul? Big Bang menghasilkan hidrogen dan helium. Pada awal pembentukan alam semesta, unsur pertama, hidrogen, muncul dari partikel elementer. Karena suhu dan tekanan yang tinggi, kondisi di alam semesta seperti di inti bintang. Belakangan, hidrogen melebur menjadi helium selama ada suhu tinggi di alam semesta untuk berlangsungnya reaksi fusi. Proporsi hidrogen dan helium yang ada, yang ada di alam semesta sekarang, terbentuk setelah Big Bang dan tidak berubah.

Elemen Matahari yang tersisa tercipta di bintang lain. Fusi hidrogen menjadi helium terus terjadi di inti bintang. Setelah menghasilkan semua oksigen di inti, mereka beralih ke fusi nuklir unsur-unsur yang lebih berat seperti litium, oksigen, helium. Banyak logam berat, yang ada di Matahari, terbentuk di bintang lain di akhir hidup mereka.

Pembentukan unsur-unsur terberat, emas dan uranium, terjadi ketika bintang-bintang yang ukurannya berkali-kali lipat dari Matahari kita meledak. Dalam sepersekian detik pembentukan lubang hitam, unsur-unsur bertabrakan dengan kecepatan tinggi dan unsur-unsur terberat terbentuk. Ledakan itu menyebarkan elemen-elemen ini ke seluruh alam semesta, tempat mereka membantu membentuk bintang-bintang baru.

Matahari kita telah mengumpulkan unsur-unsur yang diciptakan oleh Big Bang, unsur-unsur dari bintang yang sekarat, dan partikel dari ledakan baru bintang.

Apa saja lapisan-lapisan Matahari?

Sepintas, Matahari hanyalah sebuah bola helium dan hidrogen, tetapi pengamatan yang lebih dekat mengungkapkan bahwa ia terdiri dari lapisan-lapisan yang berbeda. Saat bergerak menuju inti, suhu dan tekanan meningkat, akibatnya lapisan-lapisan tercipta, karena hidrogen dan helium memiliki karakteristik yang berbeda dalam kondisi yang berbeda.

inti surya

Mari kita mulai pergerakan kita melalui lapisan-lapisan dari inti hingga lapisan luar komposisi Matahari. Di lapisan dalam Matahari - inti, suhu dan tekanannya sangat tinggi, berkontribusi pada aliran fusi nuklir. Matahari menciptakan atom helium dari hidrogen, sebagai hasil dari reaksi ini, cahaya dan panas terbentuk, yang mencapai hingga. Secara umum diterima bahwa suhu di Matahari sekitar 13.600.000 derajat Kelvin, dan kerapatan inti 150 kali lebih tinggi daripada kerapatan air.

Ilmuwan dan astronom percaya bahwa inti Matahari mencapai sekitar 20% dari panjang jari-jari matahari. Dan di dalam nukleus, suhu dan tekanan tinggi membantu memecah atom hidrogen menjadi proton, neutron, dan elektron. Matahari mengubahnya menjadi atom helium, meskipun dalam keadaan mengambang bebas.

Reaksi seperti itu disebut eksotermik. Selama berlangsungnya reaksi ini, sejumlah besar kalor dilepaskan, setara dengan 389 x 10 31 J. per detik.

Zona radiasi Matahari

Zona ini berasal dari batas inti (20% dari radius matahari), dan mencapai panjang hingga 70% dari radius matahari. Di dalam zona ini terdapat materi matahari yang komposisinya cukup padat dan panas, sehingga radiasi termal melewatinya tanpa kehilangan panas.

Di dalam inti matahari, terjadi reaksi fusi nuklir - pembentukan atom helium sebagai hasil dari fusi proton. Sebagai hasil dari reaksi ini, sejumlah besar radiasi gamma terjadi. Dalam proses ini, energi foton dipancarkan, kemudian diserap di zona radiasi dan dipancarkan kembali oleh berbagai partikel.

Lintasan foton disebut "jalan acak". Alih-alih bergerak lurus ke permukaan Matahari, foton bergerak dalam pola zigzag. Akibatnya, setiap foton membutuhkan sekitar 200.000 tahun untuk mengatasi zona radiasi Matahari. Saat berpindah dari satu partikel ke partikel lain, foton kehilangan energi. Untuk Bumi, ini bagus, karena kita hanya bisa menerima radiasi gamma yang berasal dari Matahari. Foton yang memasuki ruang membutuhkan 8 menit untuk melakukan perjalanan ke Bumi.

Sejumlah besar bintang memiliki zona radiasi, dan ukurannya secara langsung bergantung pada skala bintang. Semakin kecil bintangnya, semakin kecil zonanya, yang sebagian besar akan ditempati oleh zona konvektif. Bintang terkecil mungkin kekurangan zona radiasi, dan zona konvektif akan mencapai jarak ke inti. Untuk bintang terbesar, situasinya terbalik, zona radiasi meluas ke permukaan.

zona konvektif

Zona konvektif berada di luar zona radiatif, tempat panas internal Matahari mengalir melalui kolom gas panas.

Hampir semua bintang memiliki zona seperti itu. Di Matahari kita, ia memanjang dari 70% jari-jari Matahari ke permukaan (fotosfer). Gas di kedalaman bintang, di bagian paling inti, memanas dan naik ke permukaan, seperti gelembung lilin di lampu. Saat mencapai permukaan bintang, terjadi kehilangan panas; saat didinginkan, gas tenggelam kembali ke pusat, untuk pembaharuan energi panas. Sebagai contoh, Anda bisa membawa sepanci air mendidih di atas api.

Permukaan Matahari seperti tanah gembur. Ketidakteraturan ini adalah kolom gas panas yang membawa panas ke permukaan Matahari. Lebarnya mencapai 1000 km, dan waktu pembuangannya mencapai 8-20 menit.

Para astronom percaya bahwa bintang bermassa rendah, seperti katai merah, hanya memiliki zona konvektif yang memanjang hingga ke intinya. Mereka tidak memiliki zona radiasi, yang tidak bisa dikatakan tentang Matahari.

Fotosfer

Satu-satunya lapisan Matahari yang terlihat dari Bumi adalah . Di bawah lapisan ini, Matahari menjadi buram, dan para astronom menggunakan metode lain untuk mempelajari bagian dalam bintang kita. Temperatur permukaan setinggi 6000 Kelvin memancarkan cahaya kuning-putih yang terlihat dari Bumi.

Atmosfer Matahari terletak di belakang fotosfer. Bagian matahari yang terlihat saat gerhana matahari disebut.

Struktur Matahari dalam diagram

NASA telah secara khusus mengembangkan representasi skematis dari struktur dan komposisi Matahari untuk tujuan pendidikan, yang menunjukkan suhu untuk setiap lapisan:

• (Radiasi tampak, IR dan UV) adalah radiasi tampak, radiasi infra merah dan radiasi ultraviolet. Radiasi tampak adalah cahaya yang kita lihat berasal dari matahari. Radiasi infra merah adalah panas yang kita rasakan. Radiasi ultraviolet adalah radiasi yang memberi kita warna cokelat. Matahari menghasilkan radiasi ini secara bersamaan.
• (Fotosfer 6000 K) - Fotosfer adalah lapisan atas Matahari, permukaannya. Suhu 6000 Kelvin sama dengan 5700 derajat Celcius.
• Emisi radio - Selain radiasi tampak, radiasi infra merah, dan radiasi ultraviolet, Matahari mengirimkan emisi radio, yang telah dideteksi oleh para astronom dengan teleskop radio. Bergantung pada jumlah bintik matahari, emisi ini bertambah dan berkurang.
• Coronal Hole (trans. Coronal hole) - Ini adalah tempat-tempat di Matahari yang tidak memiliki korona kepadatan yang lebih besar plasma, akibatnya lebih gelap dan lebih dingin.
• 2100000 K (2100000 Kelvin) - Zona radiasi Matahari memiliki suhu ini.
• Zona konvektif/Konveksi turbulen (trans. Zona konvektif/Konveksi turbulen) - Ini adalah tempat di Matahari di mana energi termal inti dipindahkan melalui konveksi. Kolom plasma mencapai permukaan, mengeluarkan panasnya, dan bergegas turun lagi untuk memanas lagi.
• Loop koronal (trans. Loop koronal) - loop yang terdiri dari plasma di atmosfer Matahari, bergerak di sepanjang garis magnet. Mereka terlihat seperti lengkungan besar yang memanjang dari permukaan sejauh puluhan ribu kilometer.
• Inti (per. Inti) adalah jantung matahari, tempat terjadinya fusi nuklir, menggunakan suhu dan tekanan tinggi. Semua energi matahari berasal dari inti.
• 14.500.000 K (per. 14.500.000 Kelvin) - Suhu inti matahari.
• Zona Radiatif (trans. Zona radiasi) - Lapisan Matahari tempat energi ditransfer menggunakan radiasi. Foton mengatasi zona radiasi melebihi 200.000 dan pergi ke luar angkasa.
• Neutrino (trans. Neutrino) adalah partikel massa yang dapat diabaikan yang berasal dari Matahari sebagai hasil dari reaksi fusi nuklir. Ratusan ribu neutrino melewati tubuh manusia setiap detik, tetapi mereka tidak membahayakan kita, kita tidak merasakannya.
• Chromospheric Flare (trans. Chromospheric Flare) - Medan magnet bintang kita dapat berputar, dan kemudian tiba-tiba pecah dalam berbagai bentuk. Akibat pecahnya medan magnet, muncul suar sinar-X yang kuat, yang memancar dari permukaan Matahari.
• Lingkaran Medan Magnet - Medan magnet Matahari berada di atas fotosfer, dan terlihat saat plasma panas bergerak di sepanjang garis magnet di atmosfer Matahari.
• Spot - Sunspot (trans. Sunspots) - Ini adalah tempat di permukaan Matahari di mana medan magnet melewati permukaan Matahari dan suhunya lebih rendah, seringkali dalam satu lingkaran.
• Partikel energik (trans. Partikel energik) - Mereka berasal dari permukaan Matahari, akibatnya, angin matahari tercipta. Dalam badai matahari, kecepatannya mencapai kecepatan cahaya.
• Sinar-X (trans. Sinar-X) - sinar yang tidak terlihat oleh mata manusia, terbentuk selama suar di Matahari.
• Bintik terang dan daerah magnet berumur pendek (trans. Titik terang dan daerah magnet berumur pendek) - Karena perbedaan suhu, bintik terang dan redup muncul di permukaan Matahari.

Sejak tahun 1930-an, ahli astrofisika tidak meragukan bahwa reaksi nuklir dalam elemen ringan, satu-satunya yang mampu mempertahankan radiasi bintang dalam urutan utama diagram spektrum-luminositas untuk waktu yang cukup lama dan energik adalah pembentukan helium. dari hidrogen. Reaksi lain berlangsung terlalu singkat (tentu saja, dalam skala kosmik!), Atau memberikan keluaran energi yang terlalu sedikit.

Namun, jalur penyatuan langsung empat inti hidrogen menjadi inti helium ternyata tidak mungkin: reaksi transformasi hidrogen menjadi helium di bagian dalam bintang harus melalui "jalan memutar".

Cara pertama terdiri dari koneksi berurutan dari dua atom hidrogen pertama, kemudian penambahan sepertiga ke dalamnya, dan seterusnya.

Cara kedua adalah mengubah hidrogen menjadi helium dengan "bantuan" nitrogen dan terutama atom karbon.

Meskipun cara pertama tampaknya lebih sederhana, untuk waktu yang cukup lama dia tidak menikmati "rasa hormat", dan ahli astrofisika percaya bahwa reaksi utama yang memberi makan energi ke bintang adalah cara kedua - "siklus karbon".

Empat proton pergi untuk membangun inti helium, yang dengan sendirinya tidak akan pernah ingin membentuk partikel α jika karbon tidak membantu mereka.

Dalam rantai reaksi ini, karbon berperan sebagai kaki tangan yang diperlukan dan, seolah-olah, sebagai pengatur. DI DALAM reaksi kimia juga ada kaki tangan seperti itu, yang disebut katalis.

Selama pembangunan helium, energi tidak hanya tidak dihabiskan, tetapi sebaliknya dilepaskan. Memang, rantai transformasi disertai dengan emisi tiga γ-kuanta dan dua positron, yang juga berubah menjadi radiasi γ. Keseimbangannya adalah: 10 -5 (4·1,00758-4,00390) = 0,02642·10 -5 satuan massa atom.

Energi yang terkait dengan massa ini dilepaskan di perut bintang, merembes perlahan ke permukaan dan kemudian memancar ke ruang dunia. Pabrik helium bekerja terus menerus di bintang-bintang sampai bahan mentahnya, yaitu hidrogen, habis. Apa yang terjadi selanjutnya, kami akan memberi tahu lebih lanjut.

Karbon sebagai katalis akan bertahan selamanya.

Pada suhu urutan 20 juta derajat, aksi reaksi siklus karbon sebanding dengan suhu 17 derajat! Pada jarak tertentu dari pusat bintang, di mana suhunya hanya 10% lebih rendah, produksi energi turun 5 kali lipat, dan jika satu setengah kali lebih rendah, ia turun 800 kali lipat! Oleh karena itu, tidak jauh dari pusat, daerah paling pijar, pembentukan helium akibat hidrogen tidak terjadi. Sisa hidrogen akan berubah menjadi helium setelah pencampuran gas akan membawanya ke wilayah "pabrik" - ke pusat bintang.

Pada awal tahun lima puluhan, menjadi jelas bahwa pada suhu 20 juta derajat, dan terlebih lagi pada suhu yang lebih rendah, reaksi proton-proton menjadi lebih efektif, juga menyebabkan hilangnya hidrogen dan pembentukan helium. Kemungkinan besar, itu berlangsung dalam rantai transformasi seperti itu.

Dua proton, bertabrakan, memancarkan positron dan kuantum cahaya, berubah menjadi isotop hidrogen berat dengan massa atom relatif 2. Yang terakhir, setelah bergabung dengan proton lain, berubah menjadi atom isotop hidrogen ringan dengan atom relatif. massa 2. Yang terakhir, setelah bergabung dengan proton lain, berubah menjadi isotop atom ringan helium dengan massa atom relatif 3, sambil memancarkan kelebihan massa dalam bentuk radiasi. Jika cukup banyak atom helium ringan yang terakumulasi, nukleusnya akan bertabrakan untuk membentuk atom helium normal dengan massa atom relatif 4 dan dua proton dengan kuantum energi sebagai tambahan. Jadi, dalam proses ini, tiga proton hilang, dan dua muncul - satu proton berkurang, tetapi energi dipancarkan tiga kali.

Rupanya, Matahari dan bintang deret utama yang lebih dingin dari diagram luminositas-spektrum mengambil energinya dari sumber ini.

Ketika semua hidrogen telah diubah menjadi helium, bintang tersebut masih dapat eksis dengan mengubah helium menjadi unsur yang lebih berat. Misalnya, prosesnya adalah:

4 2 He + 4 2 He → 8 4 Be + radiasi,

4 2 He + 8 4 Be → 12 6 C + radiasi.

Dalam hal ini, satu partikel helium memberikan keluaran energi yang 8 kali lebih kecil daripada yang diberikan oleh partikel yang sama dalam siklus karbon yang dijelaskan di atas.

Baru-baru ini, fisikawan telah menemukan bahwa di beberapa bintang kondisi fisik memungkinkan terjadinya elemen yang lebih berat, seperti besi, dan menghitung proporsi elemen yang dihasilkan sesuai dengan kelimpahan elemen yang kita temukan di alam.

Bintang raksasa memiliki keluaran energi rata-rata per satuan massa yang jauh lebih besar daripada Matahari. Namun, masih belum ada sudut pandang yang diterima secara umum tentang sumber energi di bintang raksasa merah. Sumber energi di dalamnya dan strukturnya belum jelas bagi kita, tetapi tampaknya akan segera diketahui. Menurut V.V. Sobolev, raksasa merah dapat memiliki struktur yang sama dengan raksasa panas dan memiliki sumber energi yang sama. Tapi mereka dikelilingi oleh atmosfer yang luas dan dingin, yang membuat mereka tampak seperti "raksasa dingin".

Inti dari beberapa atom berat dapat terbentuk di bagian dalam bintang karena kombinasi atom yang lebih ringan, dan dalam kondisi tertentu, bahkan di atmosfernya.

Apa sumber energi matahari? Apa sifat dari proses di mana sejumlah besar energi dihasilkan? Berapa lama matahari akan terus bersinar?

Upaya pertama untuk menjawab pertanyaan ini dilakukan oleh para astronom pada pertengahan abad ke-19, setelah fisikawan merumuskan hukum kekekalan energi.

Robert Mayer berpendapat bahwa Matahari bersinar karena pemboman permukaan yang terus-menerus oleh meteorit dan partikel meteor. Hipotesis ini ditolak, karena perhitungan sederhana menunjukkan bahwa untuk mempertahankan luminositas Matahari pada level saat ini, 2 * 1015 kg materi meteorik harus jatuh di atasnya setiap detik. Selama setahun akan menjadi 6 * 1022 kg, dan selama keberadaan Matahari, selama 5 miliar tahun - 3 * 1032 kg. Massa Matahari adalah M = 2 * 1030 kg, oleh karena itu, dalam lima miliar tahun, materi 150 kali massa Matahari seharusnya jatuh ke Matahari.

Hipotesis kedua juga dikemukakan oleh Helmholtz dan Kelvin pada pertengahan abad ke-19. Mereka berpendapat bahwa Matahari memancar dengan menyusut 60–70 meter setiap tahun. Penyebab kontraksi adalah ketertarikan timbal balik dari partikel Matahari, oleh karena itu hipotesis ini disebut kontraksi. Jika kita membuat perhitungan menurut hipotesis ini, maka usia Matahari tidak akan lebih dari 20 juta tahun, yang bertentangan dengan data modern yang diperoleh dari analisis peluruhan radioaktif unsur-unsur dalam sampel geologi tanah bumi dan tanah Bulan. .

Hipotesis ketiga tentang kemungkinan sumber energi matahari dikemukakan oleh James Jeans pada awal abad ke-20. Dia berpendapat bahwa kedalaman Matahari mengandung unsur radioaktif berat yang meluruh secara spontan, sementara energi dipancarkan. Misalnya, transformasi uranium menjadi torium dan kemudian menjadi timbal disertai dengan pelepasan energi. Analisis selanjutnya dari hipotesis ini juga menunjukkan kegagalannya; sebuah bintang yang hanya terdiri dari uranium tidak akan melepaskan energi yang cukup untuk memberikan luminositas Matahari yang teramati. Selain itu, ada bintang yang jauh lebih terang dari bintang kita. Kecil kemungkinan bintang-bintang itu juga mengandung lebih banyak bahan radioaktif.

Hipotesis yang paling mungkin ternyata adalah hipotesis sintesis unsur-unsur akibat reaksi nuklir di bagian dalam bintang.

Pada tahun 1935, Hans Bethe berhipotesis bahwa reaksi termonuklir yang mengubah hidrogen menjadi helium dapat menjadi sumber energi matahari. Untuk inilah yang diterima Bethe Penghargaan Nobel pada tahun 1967.

Komposisi kimia Matahari hampir sama dengan kebanyakan bintang lainnya. Sekitar 75% adalah hidrogen, 25% adalah helium, dan kurang dari 1% adalah semua unsur kimia lainnya (terutama karbon, oksigen, nitrogen, dll.). Segera setelah alam semesta lahir, tidak ada unsur "berat" sama sekali. Semuanya, mis. elemen yang lebih berat dari helium, dan bahkan banyak partikel alfa, terbentuk selama "pembakaran" hidrogen di bintang selama fusi termonuklir. Umur karakteristik bintang seperti Matahari adalah sepuluh miliar tahun.

Sumber energi utama - siklus proton-proton - adalah reaksi yang sangat lambat (waktu karakteristik 7,9 * 109 tahun), karena interaksi yang lemah. Esensinya terletak pada kenyataan bahwa inti helium diperoleh dari empat proton. Dalam hal ini, sepasang positron dan sepasang neutrino dilepaskan, serta energi 26,7 MeV. Jumlah neutrino yang dipancarkan Matahari per detik hanya ditentukan oleh luminositas Matahari. Sejak 26,7 MeV dilepaskan, 2 neutrino lahir, laju emisi neutrino adalah: 1,8 * 1038 neutrino / s.

Tes langsung dari teori ini adalah pengamatan neutrino matahari. Neutrino berenergi tinggi (boron) dicatat dalam eksperimen klorin-argon (eksperimen Davis) dan secara konsisten menunjukkan kekurangan neutrino dibandingkan dengan nilai teoritis untuk model surya standar. Neutrino berenergi rendah yang muncul langsung dalam reaksi pp dicatat dalam percobaan galium-germanium (GALLEX di Gran Sasso (Italia-Jerman) dan SAGE di Baksan (Rusia-AS)); mereka juga "hilang".

Menurut beberapa asumsi, jika neutrino memiliki massa diam bukan nol, osilasi (transformasi) berbagai jenis neutrino dimungkinkan (efek Mikheev - Smirnov - Wolfenstein) (ada tiga jenis neutrino: neutrino elektron, muon, dan tauon) . Karena neutrino lain memiliki interaksi penampang yang jauh lebih kecil dengan materi daripada elektron, defisit yang diamati dapat dijelaskan tanpa mengubah model standar Matahari, yang dibangun berdasarkan seluruh rangkaian data astronomi.

Setiap detik, Matahari mendaur ulang sekitar 600 juta ton hidrogen. Stok bahan bakar nuklir akan bertahan lima miliar tahun lagi, setelah itu secara bertahap akan berubah menjadi katai putih.

Bagian tengah Matahari akan menyusut, memanas, dan panas yang dipindahkan ke kulit terluar akan menyebabkan perluasannya ke ukuran yang mengerikan dibandingkan dengan yang modern: Matahari akan mengembang sedemikian rupa sehingga akan menyerap Merkurius, Venus, dan menghabiskan " bahan bakar” seratus kali lebih cepat, daripada saat ini. Ini akan menambah ukuran Matahari; bintang kita akan menjadi raksasa merah, yang ukurannya sebanding dengan jarak dari Bumi ke Matahari! Kehidupan di Bumi akan hilang atau menemukan rumah di planet luar.

Tentu saja, kami akan diberi tahu sebelumnya tentang peristiwa semacam itu, karena transisi ke tahap baru akan memakan waktu sekitar 100-200 juta tahun. Ketika suhu bagian tengah Matahari mencapai 100.000.000 K, helium juga akan mulai terbakar, berubah menjadi elemen berat, dan Matahari akan memasuki tahap siklus kontraksi dan ekspansi yang kompleks. Pada tahap terakhir, bintang kita akan kehilangan kulit terluarnya, inti pusatnya akan memiliki kerapatan dan ukuran yang sangat besar, seperti Bumi. Beberapa miliar tahun lagi akan berlalu, dan Matahari akan mendingin, berubah menjadi katai putih.