Pinagmumulan ng enerhiya ng solar

Kaalaman ay kapangyarihan

Ikot ng carbon

Paano nagiging helium ang hydrogen sa loob ng mga bituin? Ang unang sagot sa tanong na ito ay natagpuan nang nakapag-iisa nina Hans Bethe sa USA at Karl-Friedrich von Weizsäcker sa Alemanya. Noong 1938, natuklasan nila ang unang reaksyon na nagko-convert ng hydrogen sa helium at maaaring magbigay ng enerhiya na kailangan upang mapanatiling buhay ang mga bituin. Dumating na ang oras para dito: noong Hulyo 11, 1938, ang manuskrito ni Weizsäcker ay natanggap ng mga editor ng journal na "Zeitschrift für Physik", at noong Setyembre 7 ng parehong taon, ang manuskrito ni Bethe ay natanggap ng mga editor ng journal na "Physical Pagsusuri". Ang parehong mga papel ay nakabalangkas sa pagtuklas ng carbon cycle. Nagpadala na sina Bethe at Critchfield ng isang papel noong Hunyo 23 na naglalaman ng pinakamahalagang bahagi ng proton-proton cycle.

Ang prosesong ito ay medyo kumplikado. Upang mangyari ito, kinakailangan na bilang karagdagan sa hydrogen, ang mga atomo ng iba pang mga elemento, tulad ng carbon, ay naroroon sa mga bituin. Ang nuclei ng mga carbon atom ay gumaganap ng papel ng mga catalyst. Alam namin ang tungkol sa mga catalyst mula sa kimika. Ang mga proton ay nakakabit sa carbon nuclei, at ang mga atomo ng helium ay nabuo doon. Pagkatapos ay itinutulak ng carbon nucleus ang helium nuclei na nabuo mula sa mga proton, at ang sarili nito ay nananatiling hindi nagbabago bilang resulta ng prosesong ito.

Ang figure ay nagpapakita ng isang diagram ng reaksyong ito, na mukhang isang closed cycle. Isaalang-alang ang reaksyong ito, simula sa itaas ng larawan. Ang proseso ay nagsisimula sa nucleus ng isang hydrogen atom na nagbabanggaan sa isang carbon nucleus na may mass number na 12. Tinutukoy namin ito bilang C 12 . Dahil sa epekto ng tunneling, ang isang proton ay maaaring madaig ang mga de-koryenteng puwersa ng repulsion ng carbon nucleus at pagsamahin ito.

Ang pagbabago ng hydrogen sa helium sa carbon cycle ng mga reaksyon ng Bethe sa loob ng mga bituin. Ang mga pulang kulot na arrow ay nagpapakita na ang atom ay naglalabas ng isang dami ng electromagnetic radiation.

Ang bagong core ay binubuo na ng labintatlong mabigat elementarya na mga particle. Dahil sa positibong singil ng proton, tumataas ang singil ng orihinal na carbon nucleus. Sa kasong ito, lumilitaw ang isang nitrogen nucleus na may mass number na 13. Ito ay itinalaga bilang N 13. Ang isotope ng nitrogen na ito ay radioactive at makalipas ang ilang sandali ay naglalabas ng dalawang light particle: isang positron at isang neutrino - isang elementary particle na maririnig natin sa ibang pagkakataon. Kaya, ang nitrogen nucleus ay nagiging carbon nucleus na may mass number na 13, i.e. sa C 13. Ang nucleus na ito ay muling may parehong singil sa carbon nucleus sa simula ng cycle, ngunit ang mass number nito ay isa nang mas malaki. Ngayon ay mayroon na tayong nucleus ng isa pang isotope ng carbon. Kung ang isa pang proton ay bumangga sa nucleus na ito, pagkatapos ay isang nitrogen nucleus ay lilitaw muli. Gayunpaman, mayroon na itong mass number na 14, na N 14. Kung ang isang bagong nitrogen atom ay bumangga sa isa pang proton, ito ay nagiging O 15, i.e. sa oxygen nucleus na may mass number na 15. Ang nucleus na ito ay radioactive din, muli itong naglalabas ng positron at neutrino at napupunta sa N 15 - nitrogen na may mass number na 15. Nakita natin na ang proseso ay nagsimula sa carbon na may mass bilang ng 12 at humantong sa paglitaw ng nitrogen na may mass number na numero 15. Kaya, ang sunud-sunod na pagdaragdag ng mga proton ay humahantong sa paglitaw ng lalong mas mabibigat na nuclei. Hayaang sumali ang isa pang proton sa N 15 nucleus, pagkatapos ay lumipad ang dalawang proton at dalawang neutron mula sa resultang nucleus nang magkasama, na bumubuo ng helium nucleus. Ang mabigat na nucleus ay nagbabago pabalik sa orihinal na carbon nucleus. Ang bilog ay sarado.

Bilang resulta, apat na proton ang nagsasama-sama upang bumuo ng isang helium nucleus: ang hydrogen ay nagiging helium. Ang prosesong ito ay naglalabas ng sapat na enerhiya upang panatilihing kumikinang ang mga bituin sa loob ng bilyun-bilyong taon.

Ang pag-init ng stellar matter ay hindi nangyayari sa lahat ng mga yugto ng chain ng reaksyon na aming isinasaalang-alang. Ang stellar matter ay bahagyang pinainit dahil sa quanta ng electromagnetic radiation, na naglilipat ng kanilang enerhiya sa stellar gas, at bahagyang dahil sa mga positron, na halos agad na nalipol kasama ng mga libreng electron ng stellar gas. Ang paglipol ng mga positron at electron ay gumagawa din ng dami ng electromagnetic radiation. Ang enerhiya ng quanta na ito ay inililipat sa stellar matter. Ang isang maliit na bahagi ng inilabas na enerhiya ay dinadala mula sa bituin kasama ang mga tumatakas na neutrino. Isasaalang-alang namin ang ilang hindi malinaw na isyu na may kaugnayan sa mga neutrino sa ibang pagkakataon.

Noong 1967, iginawad si Bethe ng Nobel Prize sa Physics para sa kanyang pagtuklas ng carbon cycle, na ginawa niya noong 1938 kasama si von Weizsäcker. Sa kasong ito, maliwanag na nakalimutan ng Komite ng Nobel na ang karangalan ng pagtuklas na ito ay hindi lamang kay Bethe.

Alam namin na ang cyclic transformation ay nangyayari sa pagkakaroon ng mga elemento ng catalyst: carbon at nitrogen. Ngunit ang lahat ng tatlong elemento ay hindi kinakailangang naroroon sa stellar interior. Ang isa sa kanila ay sapat na. Kung ang hindi bababa sa isang reaksyon ng cycle ay nagsisimula, pagkatapos ay ang mga elemento ng katalista ay lilitaw bilang isang resulta ng mga kasunod na yugto ng mga reaksyon. Bukod dito, ang paglitaw ng isang paikot na reaksyon ay humahantong sa paglitaw ng isang napaka-tiyak na dami ng relasyon sa pagitan ng mga nag-aatubili na isotopes. Nakadepende ang quantitative ratio na ito sa temperatura kung saan nangyayari ang cycle. Ang mga astrophysicist ay maaari na ngayong, gamit ang kanilang mga spectroscopic na pamamaraan, magsagawa ng isang medyo tumpak na quantitative analysis ng cosmic matter. Batay sa ratio sa pagitan ng mga halaga ng isotopes C 12, C 13, N 14 at N 15, madalas na posible na maitaguyod hindi lamang na ang pagbabagong-anyo ng bagay sa pamamagitan ng carbon cycle ay nagaganap sa loob ng stellar, kundi pati na rin sa kung anong temperatura. nangyayari ang mga reaksyong ito. Gayunpaman, ang hydrogen ay maaaring ma-convert sa helium hindi lamang sa pamamagitan ng carbon cycle. Kasabay ng mga reaksyon ng carbon cycle, nangyayari rin ang iba pang mas simpleng pagbabago. Ginagawa nila ang pangunahing kontribusyon (kahit sa Araw) sa pagpapalabas ng enerhiya. Susunod, magpapatuloy tayo upang isaalang-alang ang mga reaksyong ito.

Upang maunawaan ang proseso ng pagsilang at pagbuo ng mga ideya tungkol sa thermonuclear fusion sa Araw, kailangang malaman ang kasaysayan ng mga ideya ng tao tungkol sa pag-unawa sa prosesong ito. Maraming hindi malulutas na teoretikal at teknolohikal na mga problema sa paglikha ng isang kinokontrol na thermonuclear reactor kung saan nangyayari ang proseso ng pagkontrol sa thermonuclear fusion. Maraming mga siyentipiko, at lalo na ang mga opisyal ng agham, ay hindi pamilyar sa kasaysayan ng isyung ito.

Ito ay kamangmangan sa kasaysayan ng pag-unawa at pag-unawa ng sangkatauhan sa thermonuclear fusion sa Araw na humantong sa mga maling aksyon ng mga lumikha ng mga thermonuclear reactor. Ito ay napatunayan ng animnapung taong pagkabigo sa paggawa ng isang kontroladong thermonuclear reactor, ang aksayahang pag-aaksaya ng malaking Pera maraming mauunlad na bansa. Ang pinakamahalaga at hindi maitatanggi na patunay: ang isang kinokontrol na thermonuclear reactor ay hindi pa nagagawa sa loob ng 60 taon. Bukod dito, ang mga kilalang siyentipikong awtoridad sa media ay nangangako ng paglikha ng isang kinokontrol na thermonuclear reactor (CTR) sa loob ng 30...40 taon.

2. Occam's Razor

Ang "Occam's Razor" ay isang metodolohikal na prinsipyo na ipinangalan sa English Franciscan monk at nominalist na pilosopo na si William. Sa isang pinasimpleng anyo, sinasabi nito: "Hindi mo dapat paramihin ang mga umiiral na bagay nang walang pangangailangan" (o "Hindi ka dapat makaakit ng mga bagong entity maliban kung talagang kinakailangan"). Ang prinsipyong ito ay bumubuo ng batayan ng methodological reductionism, na tinatawag ding prinsipyo ng parsimony, o ang batas ng ekonomiya. Kung minsan ang prinsipyo ay ipinahayag sa mga salitang: "Kung ano ang maaaring ipaliwanag ng mas maliit ay hindi dapat ipahayag ng mas malaki."

SA modernong agham Karaniwang tumutukoy ang Occam's Razor sa isang mas pangkalahatang prinsipyo na nagsasaad na kung mayroong ilang lohikal na pare-parehong mga kahulugan o pagpapaliwanag ng isang phenomenon, kung gayon ang pinakasimpleng isa ay dapat ituring na tama.

Ang nilalaman ng prinsipyo ay maaaring gawing simple sa mga sumusunod: hindi na kailangang magpakilala ng mga kumplikadong batas upang ipaliwanag ang isang kababalaghan kung ang kababalaghang ito ay maipaliwanag ng mga simpleng batas. Ngayon ang prinsipyong ito ay isang makapangyarihang kasangkapan ng siyentipikong kritikal na pag-iisip. Si Occam mismo ang nagbalangkas ng prinsipyong ito bilang kumpirmasyon ng pagkakaroon ng Diyos. Sa kanila, sa kanyang opinyon, ang lahat ay tiyak na maipaliwanag nang hindi nagpapakilala ng anumang bago.

Reformulated sa wika ng teorya ng impormasyon, ang prinsipyo ng Occam's Razor ay nagsasaad na ang pinakatumpak na mensahe ay ang mensahe na may pinakamababang haba.

Binago ni Albert Einstein ang prinsipyo ng Occam's Razor tulad ng sumusunod: "Ang lahat ay dapat gawing simple hangga't maaari, ngunit hindi na."

3. Tungkol sa simula ng pag-unawa at pagtatanghal ng sangkatauhan ng thermonuclear fusion sa Araw

Sa loob ng mahabang panahon, naiintindihan ng lahat ng mga naninirahan sa Earth ang katotohanan na ang Araw ay nagpainit sa Earth, ngunit ang mga mapagkukunan ng solar energy ay nanatiling hindi malinaw sa lahat. Noong 1848, iniharap ni Robert Mayer ang meteorite hypothesis, ayon sa kung saan ang Araw ay pinainit sa pamamagitan ng pambobomba ng mga meteorite. Gayunpaman, sa ganoong kinakailangang bilang ng mga meteorite, ang Earth ay mag-iinit din nang husto; bilang karagdagan, ang geological strata ng daigdig ay pangunahing binubuo ng mga meteorite; sa wakas, ang masa ng Araw ay kailangang tumaas, at ito ay makakaapekto sa paggalaw ng mga planeta.

Samakatuwid, sa ikalawang kalahati ng ika-19 na siglo, isinasaalang-alang ng maraming mananaliksik ang pinaka-kapanipaniwalang teorya na binuo nina Helmholtz (1853) at Lord Kelvin, na nagmungkahi na ang Araw ay pinainit dahil sa mabagal na gravitational compression ("Kelvin-Helmholtz mechanism"). Ang mga kalkulasyon batay sa mekanismong ito ay tinatantya ang maximum na edad ng Araw sa 20 milyong taon, at ang oras pagkatapos kung saan ang Araw ay lalabas na hindi hihigit sa 15 milyon Gayunpaman, ang hypothesis na ito ay sumasalungat sa geological data sa edad ng mga bato, na itinuro mas mataas na mga numero. Halimbawa, sinabi ni Charles Darwin na ang pagguho ng mga deposito ng Vendian ay nagpatuloy nang hindi bababa sa 300 milyong taon. Gayunpaman, ang Brockhaus at Efron encyclopedia ay isinasaalang-alang ang gravitational model na ang tanging katanggap-tanggap.

Noong ika-20 siglo lamang natagpuan ang "tamang" solusyon sa problemang ito. Sa una ay ipinalagay ni Rutherford na ang pinagmulan ng panloob na enerhiya ng Araw ay radioactive decay. Noong 1920, iminungkahi ni Arthur Eddington na ang presyon at temperatura sa loob ng Araw ay napakataas na maaaring mangyari ang mga thermonuclear reaction doon, kung saan ang hydrogen nuclei (protons) ay nagsasama sa isang helium-4 nucleus. Dahil ang masa ng huli ay mas mababa kaysa sa kabuuan ng mga masa ng apat na libreng proton, kung gayon bahagi ng masa sa reaksyong ito, ayon sa formula ni Einstein E = mc 2, nagiging enerhiya. Ang katotohanan na ang hydrogen ay nangingibabaw sa komposisyon ng Araw ay nakumpirma noong 1925 ni Cecilia Payne.

Ang teorya ng nuclear fusion ay binuo noong 1930s ng mga astrophysicist na sina Chandrasekhar at Hans Bethe. Kinakalkula ni Bethe nang detalyado ang dalawang pangunahing thermonuclear reaction na pinagmumulan ng solar energy. Sa wakas, noong 1957, lumitaw ang gawa ni Margaret Burbridge na "Synthesis of Elements in Stars", kung saan ipinakita at iminungkahi na ang karamihan sa mga elemento sa Uniberso ay lumitaw bilang resulta ng nucleosynthesis na nagaganap sa mga bituin.

4. Paggalugad sa kalawakan ng Araw

Ang mga unang gawa ni Eddington bilang isang astronomer ay nauugnay sa pag-aaral ng mga paggalaw ng mga bituin at ang istraktura ng mga sistema ng bituin. Ngunit ang kanyang pangunahing merito ay nilikha niya ang teorya ng panloob na istraktura ng mga bituin. Ang malalim na pagtagos sa pisikal na kakanyahan ng mga phenomena at karunungan ng mga pamamaraan ng kumplikadong mga kalkulasyon sa matematika ay nagpapahintulot kay Eddington na makakuha ng isang bilang ng mga pangunahing resulta sa mga lugar ng astrophysics tulad ng panloob na istraktura ng mga bituin, ang estado ng interstellar matter, ang paggalaw at pamamahagi ng mga bituin. sa Galaxy.

Kinakalkula ni Eddington ang mga diameter ng ilang pulang higanteng bituin at tinukoy ang density ng dwarf satellite ng bituin na Sirius - ito ay naging hindi pangkaraniwang mataas. Ang gawain ni Eddington sa pagtukoy sa density ng isang bituin ay nagbigay ng impetus para sa pagbuo ng physics ng superdense (degenerate) na gas. Si Eddington ay isang mahusay na interpreter pangkalahatang teorya Relativity ni Einstein. Isinagawa niya ang unang eksperimentong pagsubok ng isa sa mga epekto na hinulaang ng teoryang ito: ang pagpapalihis ng mga sinag ng liwanag sa gravitational field ng isang napakalaking bituin. Nagawa niya ito sa panahon ng kabuuang eclipse ng Araw noong 1919. Kasama ng iba pang mga siyentipiko, inilatag ni Eddington ang mga pundasyon para sa modernong kaalaman tungkol sa istruktura ng mga bituin.

5. Thermonuclear fusion - pagkasunog!?

Ano ang, biswal, thermonuclear fusion? Talaga ito ay pagkasunog. Ngunit ito ay malinaw na ito ay isang combustion ng napakataas na kapangyarihan sa bawat yunit ng dami ng espasyo. At ito ay malinaw na ito ay hindi isang proseso ng oksihenasyon. Dito, sa proseso ng pagkasunog, ang iba pang mga elemento ay lumahok, na nasusunog din, ngunit sa ilalim ng mga espesyal na pisikal na kondisyon.

Alalahanin natin ang pagkasunog.

Ang kemikal na pagkasunog ay isang kumplikadong pisikal at kemikal na proseso ng pag-convert ng mga bahagi ng isang nasusunog na halo sa mga produkto ng pagkasunog na may paglabas ng thermal radiation, liwanag at nagliliwanag na enerhiya.

Ang kemikal na pagkasunog ay nahahati sa ilang uri ng pagkasunog.

Ang subsonic na pagkasunog (deflagration), hindi katulad ng pagsabog at pagsabog, ay nangyayari sa mababang bilis at hindi nauugnay sa pagbuo ng isang shock wave. Kasama sa subsonic combustion ang normal na laminar at turbulent flame propagation, habang kasama sa supersonic combustion ang detonation.

Ang pagkasunog ay nahahati sa thermal at chain. Ang thermal combustion ay batay sa isang kemikal na reaksyon na maaaring magpatuloy sa progresibong self-acceleration dahil sa akumulasyon ng inilabas na init. Ang pagkasunog ng chain ay nangyayari sa ilang mga reaksyon ng gas-phase sa mababang presyon.

Ang mga kondisyon para sa thermal self-acceleration ay maaaring ibigay para sa lahat ng mga reaksyon na may sapat na malalaking thermal effect at activation energies.

Ang pagkasunog ay maaaring magsimula nang kusang bilang resulta ng pag-aapoy sa sarili o masisimulan sa pamamagitan ng pag-aapoy. Sa ilalim ng nakapirming panlabas na mga kondisyon, ang tuluy-tuloy na pagkasunog ay maaaring mangyari sa isang nakatigil na mode, kapag ang mga pangunahing katangian ng proseso - rate ng reaksyon, kapangyarihan ng paglabas ng init, temperatura at komposisyon ng mga produkto - ay hindi nagbabago sa paglipas ng panahon, o sa isang pana-panahong mode, kapag ang mga katangiang ito nagbabago sa paligid ng kanilang mga average na halaga. Dahil sa malakas na nonlinear na pagdepende ng rate ng reaksyon sa temperatura, ang pagkasunog ay lubos na sensitibo sa mga panlabas na kondisyon. Ang parehong katangian ng pagkasunog ay tumutukoy sa pagkakaroon ng ilang mga nakatigil na mode sa ilalim ng parehong mga kondisyon (hysteresis effect).

Mayroong volumetric combustion, ito ay kilala sa lahat at kadalasang ginagamit sa pang-araw-araw na buhay.

Diffusion combustion. Ito ay nailalarawan sa pamamagitan ng hiwalay na supply ng gasolina at oxidizer sa combustion zone. Ang paghahalo ng mga bahagi ay nangyayari sa combustion zone. Halimbawa: pagkasunog ng hydrogen at oxygen sa isang rocket engine.

Pagkasunog ng pre-mixed medium. Tulad ng iminumungkahi ng pangalan, ang pagkasunog ay nangyayari sa isang halo kung saan ang parehong gasolina at oxidizer ay naroroon. Halimbawa: pagkasunog ng pinaghalong gasoline-air sa silindro ng internal combustion engine pagkatapos masimulan ng spark plug ang proseso.

Walang apoy na pagkasunog. Hindi tulad ng maginoo na pagkasunog, kapag ang mga zone ng oxidizing flame at pagbabawas ng apoy ay sinusunod, posible na lumikha ng mga kondisyon para sa flameless combustion. Ang isang halimbawa ay ang catalytic oxidation ng mga organikong sangkap sa ibabaw ng isang angkop na katalista, halimbawa, ang oksihenasyon ng ethanol sa platinum black.

Umuusok. Isang uri ng pagkasunog kung saan walang apoy na nabuo at ang combustion zone ay dahan-dahang kumakalat sa buong materyal. Ang umuusok ay kadalasang nangyayari sa mga porous o fibrous na materyales na may mataas na nilalaman ng hangin o pinapagbinhi ng mga oxidizing agent.

Autogenous na pagkasunog. Nakapagpapanatili sa sarili na pagkasunog. Ang termino ay ginagamit sa mga teknolohiya sa pagsusunog ng basura. Ang posibilidad ng autogenous (self-sustaining) na pagkasunog ng basura ay tinutukoy ng maximum na nilalaman ng mga ballasting component: moisture at ash.

Ang apoy ay isang rehiyon ng espasyo kung saan nangyayari ang pagkasunog sa bahagi ng gas, na sinamahan ng nakikita at (o) infrared na radiation.

Ang karaniwang apoy na napapansin natin kapag nasusunog ang kandila, lighter o posporo, ay isang stream ng mainit na gas, na pahaba nang patayo dahil sa gravitational force ng Earth (ang mga mainit na gas ay may posibilidad na tumaas paitaas).

6. Modernong pisikal at kemikal na mga ideya tungkol sa Araw

Pangunahing katangian:

Komposisyon ng Photosphere:

Ang Araw ay ang sentro at tanging bituin ng ating Solar system, kung saan umiikot ang iba pang mga bagay ng sistemang ito: mga planeta at kanilang mga satellite, mga dwarf na planeta at kanilang mga satellite, asteroid, meteoroid, kometa at kosmikong alikabok. Ang masa ng Araw (theoretically) ay 99.8% ng kabuuang masa ng buong solar system. Sinusuportahan ng solar radiation ang buhay sa Earth (kailangan ang mga photon para sa mga unang yugto ng proseso ng photosynthesis) at tinutukoy ang klima.

Ayon sa spectral classification, ang Araw ay kabilang sa uri ng G2V ("yellow dwarf"). Ang temperatura sa ibabaw ng Araw ay umabot sa 6000 K, kaya ang Araw ay sumisikat na may halos puting liwanag, ngunit dahil sa mas malakas na pagkalat at pagsipsip ng maikling alon na bahagi ng spectrum ng kapaligiran ng Earth, ang direktang liwanag ng Araw sa ibabaw ng ang ating planeta ay nakakakuha ng isang tiyak na dilaw na kulay.

Ang solar spectrum ay naglalaman ng mga linya ng ionized at neutral na mga metal, pati na rin ang ionized hydrogen. Mayroong humigit-kumulang 100 milyong G2 star sa ating Milky Way galaxy. Bukod dito, 85% ng mga bituin sa ating kalawakan ay mga bituin na hindi gaanong maliwanag kaysa sa Araw (karamihan sa kanila ay mga red dwarf, na nasa dulo ng kanilang evolutionary cycle). Tulad ng lahat ng pangunahing sequence na bituin, ang Araw ay gumagawa ng enerhiya sa pamamagitan ng thermonuclear fusion.

Ang radiation mula sa Araw ay ang pangunahing pinagmumulan ng enerhiya sa Earth. Ang kapangyarihan nito ay nailalarawan sa pamamagitan ng solar constant - ang dami ng enerhiya na dumadaan sa isang unit area na patayo sa sinag ng araw. Sa layo na isang astronomical unit (iyon ay, sa orbit ng Earth), ang pare-parehong ito ay humigit-kumulang 1370 W/m2.

Sa pagdaan sa atmospera ng Daigdig, ang solar radiation ay nawawalan ng humigit-kumulang 370 W/m2 sa enerhiya, at 1000 W/m2 lamang ang nakararating sa ibabaw ng daigdig (sa maaliwalas na panahon at kapag ang Araw ay nasa zenith nito). Ang enerhiya na ito ay maaaring gamitin sa iba't ibang natural at artipisyal na proseso. Kaya, pinoproseso ito ng mga halaman sa chemical form (oxygen at organic compounds) gamit ang photosynthesis. Ang direktang pag-init sa pamamagitan ng sinag ng araw o conversion ng enerhiya gamit ang mga photocell ay maaaring gamitin upang makabuo ng kuryente (solar power plants) o magsagawa ng iba pang kapaki-pakinabang na gawain. Sa malayong nakaraan, ang enerhiya na nakaimbak sa langis at iba pang mga uri ng fossil fuels ay nakuha din sa pamamagitan ng photosynthesis.

Ang Araw ay isang magnetically active star. Mayroon itong malakas na magnetic field na nag-iiba-iba ang lakas sa paglipas ng panahon, nagbabago ng direksyon humigit-kumulang bawat 11 taon sa panahon ng solar maximum. Ang mga pagkakaiba-iba sa magnetic field ng Araw ay nagdudulot ng iba't ibang epekto, ang kabuuan nito ay tinatawag na solar activity at kinabibilangan ng mga phenomena gaya ng mga sunspot, solar flare, mga pagkakaiba-iba sa solar wind, atbp., at sa Earth nagdudulot ito ng auroras sa mataas at gitnang latitude at geomagnetic na bagyo, na negatibong nakakaapekto sa pagpapatakbo ng mga komunikasyon, paraan ng pagpapadala ng kuryente, at negatibong nakakaapekto sa mga buhay na organismo, na nagdudulot ng pananakit ng ulo at mahinang kalusugan sa mga tao (mga taong sensitibo sa magnetikong bagyo). Ang Araw ay isang batang bituin ng ikatlong henerasyon (populasyon I) na may mataas na nilalaman ng metal, iyon ay, nabuo ito mula sa mga labi ng mga bituin ng una at ikalawang henerasyon (populasyon III at II, ayon sa pagkakabanggit).

Ang kasalukuyang edad ng Araw (mas tiyak, ang oras ng pagkakaroon nito sa pangunahing pagkakasunud-sunod), na tinatantya gamit ang mga modelo ng computer ng stellar evolution, ay humigit-kumulang 4.57 bilyong taon.

Siklo ng buhay ng Araw. Ang Araw ay pinaniniwalaang nabuo humigit-kumulang 4.59 bilyong taon na ang nakalilipas, nang ang mabilis na gravitational compression ng isang ulap ng molekular hydrogen ay humantong sa pagbuo ng isang uri ng 1 T Tauri star sa ating rehiyon ng Galaxy.

Ang isang bituin na kasing laki ng Araw ay dapat na umiiral sa pangunahing pagkakasunud-sunod para sa kabuuang mga 10 bilyong taon. Kaya, ang Araw ay nasa kalagitnaan na ngayon ng siklo ng buhay nito. Naka-on modernong yugto Ang mga thermonuclear na reaksyon ng hydrogen sa helium ay nagaganap sa solar core. Bawat segundo sa core ng Araw, humigit-kumulang 4 na milyong tonelada ng matter ang na-convert sa radiant energy, na nagreresulta sa pagbuo ng solar radiation at flux ng solar neutrino.

7. Teoretikal na ideya ng sangkatauhan tungkol sa panloob at panlabas na istruktura ng Araw

Sa gitna ng Araw ay ang solar core. Ang photosphere ay ang nakikitang ibabaw ng Araw, na siyang pangunahing pinagmumulan ng radiation. Ang araw ay napapalibutan ng isang solar corona, na may napakataas na temperatura, ngunit ito ay napakabihirang at samakatuwid ay nakikita lamang ng mata lamang sa mga panahon ng kumpletong solar eclipse.

Ang gitnang bahagi ng Araw na may radius na humigit-kumulang 150,000 kilometro, kung saan nagaganap ang mga reaksiyong thermonuclear, ay tinatawag na solar core. Ang density ng substance sa core ay humigit-kumulang 150,000 kg/m 3 (150 beses na mas mataas kaysa sa density ng tubig at ≈6.6 beses na mas mataas kaysa sa density ng pinakamabigat na metal sa Earth - osmium), at ang temperatura sa gitna ng ang core ay higit sa 14 milyong degrees. Ang theoretical analysis ng data na isinagawa ng SOHO mission ay nagpakita na sa core ang bilis ng pag-ikot ng Araw sa paligid ng axis nito ay mas mataas kaysa sa ibabaw. Ang isang proton-proton thermonuclear reaction ay nagaganap sa nucleus, bilang isang resulta kung saan ang helium-4 ay nabuo mula sa apat na proton. Kasabay nito, 4.26 milyong tonelada ng bagay ang na-convert sa enerhiya bawat segundo, ngunit ang halagang ito ay hindi gaanong mahalaga kumpara sa masa ng Araw - 2·10 27 tonelada.

Sa itaas ng core, sa mga distansyang humigit-kumulang 0.2...0.7 solar radii mula sa gitna nito, mayroong isang radiative transfer zone kung saan walang mga macroscopic na paggalaw ang inililipat gamit ang "re-emission" ng mga photon.

Convective zone ng Araw. Mas malapit sa ibabaw ng Araw, nangyayari ang paghahalo ng vortex ng plasma, at ang paglipat ng enerhiya sa ibabaw ay nagagawa pangunahin sa pamamagitan ng mga paggalaw ng sangkap mismo. Ang pamamaraang ito ng paglipat ng enerhiya ay tinatawag na convection, at ang subsurface layer ng Araw, humigit-kumulang 200,000 km ang kapal, kung saan ito nangyayari ay tinatawag na convective zone. Ayon sa modernong data, ang papel nito sa pisika ng mga proseso ng solar ay napakahusay, dahil dito nagmula ang iba't ibang mga paggalaw ng solar matter at magnetic field.

Atmosphere ng Araw Ang photosphere (ang layer na naglalabas ng liwanag) ay umaabot sa kapal na ≈320 km at bumubuo sa nakikitang ibabaw ng Araw. Ang pangunahing bahagi ng optical (nakikita) radiation ng Araw ay nagmumula sa photosphere, ngunit ang radiation mula sa mas malalim na mga layer ay hindi na umabot dito. Ang temperatura sa photosphere ay umabot sa average na 5800 K. Dito, ang average na densidad ng gas ay mas mababa sa 1/1000 ng density ng hangin ng lupa, at ang temperatura ay bumababa sa 4800 K habang papalapit ito sa panlabas na gilid ng Hydrogen sa ilalim ng gayong mga kondisyon ay nananatiling halos ganap na neutral. Binubuo ng photosphere ang nakikitang ibabaw ng Araw, kung saan tinutukoy ang laki ng Araw, distansya mula sa ibabaw ng Araw, atbp. Ang chromosphere ay ang panlabas na shell ng Araw, mga 10,000 km ang kapal, na nakapalibot sa photosphere. Ang pinagmulan ng pangalan ng bahaging ito ng solar na kapaligiran ay nauugnay sa mapula-pula na kulay nito, na sanhi ng katotohanan na ang nakikitang spectrum nito ay pinangungunahan ng pulang H-alpha na linya ng hydrogen emission. Ang itaas na hangganan ng chromosphere ay walang malinaw na makinis na ibabaw na tinatawag na spicules na patuloy na nangyayari mula dito (dahil dito, sa pagtatapos ng ika-19 na siglo, ang Italyano na astronomo na si Secchi, na nagmamasid sa chromosphere sa pamamagitan ng isang teleskopyo, kumpara ito sa nasusunog na mga prairies). Ang temperatura ng chromosphere ay tumataas sa altitude mula 4000 hanggang 15,000 degrees.

Ang density ng chromosphere ay mababa, kaya ang liwanag nito ay hindi sapat upang obserbahan ito sa ilalim ng normal na mga kondisyon. Ngunit sa panahon ng kabuuang solar eclipse, kapag tinakpan ng Buwan ang maliwanag na photosphere, ang chromosphere na nasa itaas nito ay makikita at kumikinang na pula. Maaari rin itong obserbahan anumang oras gamit ang mga espesyal na narrow-band optical filter.

Ang korona ay ang huling panlabas na shell ng Araw. Sa kabila ng napakataas na temperatura nito, mula 600,000 hanggang 2,000,000 degrees, ito ay makikita lamang ng mata sa panahon ng kabuuang solar eclipse, dahil mababa ang density ng bagay sa corona, at samakatuwid ay mababa ang ningning nito. Ang hindi karaniwang matinding pag-init ng layer na ito ay maliwanag na sanhi ng magnetic effect at ang impluwensya ng shock waves. Ang hugis ng korona ay nagbabago depende sa yugto ng solar activity cycle: sa mga panahon ng pinakamataas na aktibidad mayroon itong bilog na hugis, at hindi bababa sa ito ay pinahaba sa kahabaan ng solar equator. Dahil ang temperatura ng corona ay napakataas, ito ay naglalabas ng matinding radiation sa mga saklaw ng ultraviolet at x-ray. Ang mga radiation na ito ay hindi dumadaan sa atmospera ng mundo, ngunit sa Kamakailan lamang naging posible na pag-aralan ang mga ito gamit ang spacecraft. Ang radyasyon sa iba't ibang bahagi ng corona ay nangyayari nang hindi pantay. Mayroong mainit na aktibo at tahimik na mga rehiyon, pati na rin ang mga coronal hole na may medyo mababang temperatura na 600,000 degrees, kung saan ang mga linya ng magnetic field ay umaabot sa kalawakan. Ang magnetic configuration na ito (“bukas”) ay nagbibigay-daan sa mga particle na makatakas sa Araw nang walang harang, kaya ang solar wind ay inilalabas “karamihan” mula sa mga coronal hole.

Ang solar wind ay dumadaloy mula sa panlabas na bahagi ng solar corona - isang stream ng mga ionized na particle (pangunahin ang mga proton, electron at α-particles), na may bilis na 300...1200 km/s at kumakalat, na may unti-unting pagbaba sa density, hanggang sa mga hangganan ng heliosphere.

Dahil ang solar plasma ay may medyo mataas na electrical conductivity, ang mga electric current at, bilang isang resulta, ang mga magnetic field ay maaaring lumabas dito.

8. Teoretikal na mga problema ng thermonuclear fusion sa Araw

Ang problema ng solar neutrino. Ang mga reaksyong nuklear na nagaganap sa core ng Araw ay humahantong sa pagbuo ng isang malaking bilang ng mga electron neutrino. Kasabay nito, ang mga sukat ng neutrino flux sa Earth, na patuloy na isinasagawa mula noong huling bahagi ng 1960s, ay nagpakita na ang bilang ng mga solar electron neutrino na naitala doon ay humigit-kumulang dalawa hanggang tatlong beses na mas mababa kaysa sa hinulaang ng karaniwang solar model, na naglalarawan ng mga proseso sa Araw. Ang pagkakaibang ito sa pagitan ng eksperimento at teorya ay tinawag na "solar neutrino problem" at isa sa mga misteryo ng solar physics sa loob ng higit sa 30 taon. Ang sitwasyon ay kumplikado sa pamamagitan ng katotohanan na ang mga neutrino ay nakikipag-ugnayan nang napakahina sa bagay, at ang paglikha ng isang neutrino detector na maaaring tumpak na masukat ang neutrino flux kahit na may ganoong kapangyarihan na nagmumula sa Araw ay isang mahirap na gawaing pang-agham.

Dalawang pangunahing paraan upang malutas ang problema ng solar neutrino ay iminungkahi. Una, posibleng baguhin ang modelo ng Araw sa paraang mabawasan ang tinantyang temperatura sa core nito at, samakatuwid, ang flux ng mga neutrino na ibinubuga ng Araw. Pangalawa, maaaring ipagpalagay na ang bahagi ng mga electron neutrino na ibinubuga ng solar core, kapag lumilipat patungo sa Earth, ay nagiging mga neutrino ng iba pang mga henerasyon na hindi nakita ng mga maginoo na detektor (muon at tau neutrino). Ngayon ang mga siyentipiko ay hilig na maniwala na ang pangalawang landas ay malamang na tama. Upang magkaroon ng transisyon mula sa isang uri ng neutrino patungo sa isa pa - ang tinatawag na "neutrino oscillations" - ang neutrino ay dapat magkaroon ng non-zero mass. Ngayon ay itinatag na ito ay tila totoo. Noong 2001, lahat ng tatlong uri ng solar neutrino ay direktang nakita sa Sudbury Neutrino Observatory at ang kanilang kabuuang pagkilos ay ipinakita na pare-pareho sa karaniwang solar model. Kasabay nito, halos isang-katlo lamang ng mga neutrino na nakarating sa Earth ay naging mga electron. Ang dami na ito ay pare-pareho sa teorya, na hinuhulaan ang paglipat ng mga electron neutrino sa mga neutrino ng isa pang henerasyon kapwa sa vacuum (talagang "neutrino oscillations") at sa solar matter ("Mikheev-Smirnov-Wolfenstein effect"). Kaya, ang problema ng solar neutrino ay tila nalutas na ngayon.

Problema sa pag-init ng Corona. Sa itaas ng nakikitang ibabaw ng Araw (ang photosphere), na may temperatura na humigit-kumulang 6,000 K, ay ang solar corona, na may temperatura na higit sa 1,000,000 K. Maipapakita na ang direktang daloy ng init mula sa photosphere ay hindi sapat na upang humantong sa ganoong kataas na temperatura ng corona.

Ipinapalagay na ang enerhiya para sa pagpainit ng korona ay ibinibigay ng magulong paggalaw ng subphotospheric convective zone. Sa kasong ito, dalawang mekanismo ang iminungkahi para sa paglipat ng enerhiya sa korona. Una, ito ay pag-init ng alon - tunog at magnetohydrodynamic na mga alon na nabuo sa magulong convective zone ay nagpapalaganap sa corona at nawawala doon, habang ang kanilang enerhiya ay na-convert sa thermal energy ng coronal plasma. Ang isang alternatibong mekanismo ay magnetic heating, kung saan ang magnetic energy na patuloy na nalilikha ng photospheric motions ay inilalabas sa pamamagitan ng magnetic field reconnection sa anyo ng malalaking solar flare o malaking bilang ng maliliit na flare.

Sa kasalukuyan ay hindi malinaw kung anong uri ng mga alon ang nagbibigay ng mabisang mekanismo para sa pag-init ng corona. Maaari itong ipakita na ang lahat ng mga alon, maliban sa magnetohydrodynamic Alfvén waves, ay nakakalat o sumasalamin bago maabot ang corona, habang ang pagwawaldas ng Alfvén waves sa corona ay mahirap. Samakatuwid, ang mga modernong mananaliksik ay nakatuon sa kanilang pansin sa mekanismo ng pag-init sa pamamagitan ng mga solar flare. Ang isa sa mga posibleng kandidato para sa mga pinagmumulan ng pag-init ng korona ay patuloy na nagaganap ng maliliit na flare, bagaman hindi pa nakakamit ang pangwakas na kalinawan sa isyung ito.

P.S. Matapos basahin ang tungkol sa "Mga teoretikal na problema ng thermonuclear fusion sa Araw", kailangan mong tandaan ang tungkol sa "Occam's Razor". Dito, ang mga paliwanag ng mga teoretikal na problema ay malinaw na gumagamit ng gawa-gawa, hindi makatwirang teoretikal na mga paliwanag.

9. Mga uri ng thermonuclear fuel. Fusion fuel

Ang kinokontrol na thermonuclear fusion (CTF) ay ang synthesis ng mas mabibigat na atomic nuclei mula sa mas magaan upang makakuha ng enerhiya, na, hindi tulad ng explosive thermonuclear fusion (ginagamit sa thermonuclear weapons), ay may kontroladong kalikasan. Ang kinokontrol na thermonuclear fusion ay naiiba sa tradisyonal kapangyarihang nukleyar na ang huli ay gumagamit ng isang pagkabulok na reaksyon, kung saan ang mas magaan na nuclei ay ginawa mula sa mabibigat na nuclei. Ang mga pangunahing reaksyong nuklear na binalak na gamitin upang makamit ang kontroladong thermonuclear fusion ay gagamit ng deuterium (2 H) at tritium (3 H), at sa mas mahabang termino helium-3 (3 He) at boron-11 (11 B)

Mga uri ng reaksyon. Ang reaksyon ng pagsasanib ay ang mga sumusunod: dalawa o higit pang atomic nuclei ang kinukuha at, gamit ang isang tiyak na puwersa, pinagsama-sama nang napakalapit na ang mga puwersang kumikilos sa ganoong mga distansya ay nanaig sa mga puwersa ng Coulomb repulsion sa pagitan ng pantay na sisingilin na nuclei, na nagreresulta sa pagbuo ng isang bagong nucleus. Ito ay magkakaroon ng bahagyang mas maliit na masa kaysa sa kabuuan ng mga masa ng orihinal na nuclei, at ang pagkakaiba ay nagiging enerhiya, na inilabas sa panahon ng reaksyon. Ang dami ng enerhiya na inilabas ay inilalarawan ng kilalang formula E = mc 2. Ang mas magaan na atomic nuclei ay mas madaling pagsama-samahin sa nais na distansya, kaya ang hydrogen - ang pinakamaraming elemento sa Uniberso - ay ang pinakamahusay na gasolina para sa reaksyon ng pagsasanib.

Napag-alaman na ang pinaghalong dalawang isotopes ng hydrogen, deuterium at tritium, ay nangangailangan ng pinakamaliit na dami ng enerhiya para sa fusion reaction kumpara sa enerhiya na inilabas sa panahon ng reaksyon. Gayunpaman, bagaman ang deuterium-tritium (D-T) ang paksa ng karamihan sa pagsasaliksik ng pagsasanib, hindi ito ang tanging potensyal na gasolina. Ang iba pang mga mixture ay maaaring mas madaling makagawa; ang kanilang reaksyon ay maaaring maging mas mapagkakatiwalaang kontrolado, o, higit sa lahat, makagawa ng mas kaunting mga neutron. Ang partikular na interes ay ang tinatawag na "neutron-free" na mga reaksyon, dahil ang matagumpay na pang-industriya na paggamit ng naturang gasolina ay mangangahulugan ng kawalan ng pangmatagalang radioactive contamination ng mga materyales at disenyo ng reaktor, na, sa turn, ay maaaring magkaroon ng positibong epekto. sa opinyon ng publiko at ang kabuuang halaga ng pagpapatakbo ng reaktor, na makabuluhang binabawasan ang mga gastos sa pag-decommissioning nito. Ang problema ay nananatili na ang mga reaksyon ng synthesis gamit ang mga alternatibong gasolina ay mas mahirap na mapanatili, kaya ang reaksyon ng D-T ay itinuturing lamang na isang kinakailangang unang hakbang.

Scheme ng reaksyon ng deuterium-tritium. Maaaring gamitin ang kinokontrol na pagsasanib iba't ibang uri thermo mga reaksyong nuklear depende sa uri ng gasolina na ginamit.

Ang pinakamadaling reaksyon ay ang deuterium + tritium:

2 H + 3 H = 4 Siya + n na may output ng enerhiya na 17.6 MeV.

Ang reaksyong ito ay ang pinakamadaling magagawa mula sa punto ng view ng mga modernong teknolohiya, nagbibigay ng isang makabuluhang ani ng enerhiya, at ang mga bahagi ng gasolina ay mura. Ang kawalan nito ay ang paglabas ng hindi gustong neutron radiation.

Dalawang nuclei: ang deuterium at tritium ay nagsasama upang bumuo ng isang helium nucleus (alpha particle) at isang high-energy neutron.

Ang reaksyon - deuterium + helium-3 ay mas mahirap, sa limitasyon ng kung ano ang posible, upang isagawa ang reaksyon deuterium + helium-3:

2 H + 3 Siya = 4 Siya + p na may output ng enerhiya na 18.3 MeV.

Ang mga kondisyon para sa pagkamit nito ay mas kumplikado. Ang Helium-3 ay isa ring bihira at napakamahal na isotope. Kasalukuyang hindi ito ginagawa sa isang pang-industriya na sukat.

Reaksyon sa pagitan ng deuterium nuclei (D-D, monopropellant).

Posible rin ang mga reaksyon sa pagitan ng deuterium nuclei;

Ang mga reaksyong ito ay mabagal na nagpapatuloy kasabay ng reaksyon ng deuterium + helium-3, at ang tritium at helium-3 na nabuo sa panahon ng mga ito ay malamang na agad na tumutugon sa deuterium.

Iba pang mga uri ng reaksyon. Posible rin ang ilang iba pang uri ng mga reaksyon. Ang pagpili ng gasolina ay nakasalalay sa maraming mga kadahilanan - ang pagkakaroon nito at mababang gastos, output ng enerhiya, kadalian ng pagkamit ng mga kondisyon na kinakailangan para sa reaksyon ng thermonuclear fusion (pangunahin ang temperatura), ang mga kinakailangang katangian ng disenyo ng reaktor, atbp.

Mga reaksyong "walang neutron". Ang pinaka-promising ay ang tinatawag na. Mga "neutron-free" na reaksyon, dahil ang neutron flux na nabuo ng thermonuclear fusion (halimbawa, sa deuterium-tritium reaction) ay nagdadala ng isang makabuluhang bahagi ng kapangyarihan at bumubuo ng sapilitan na radyaktibidad sa disenyo ng reaktor. Ang reaksyon ng deuterium - helium-3 ay nangangako dahil sa kakulangan ng ani ng neutron.

10. Mga klasikal na ideya tungkol sa mga kondisyon ng pagpapatupad. thermonuclear fusion at kinokontrol na fusion reactor

Ang TOKAMAK (TORoidal CHAMBER na may MAGNETIC COILS) ay isang toroidal installation para sa magnetic plasma confinement. Ang plasma ay hindi hawak ng mga dingding ng silid, na hindi makatiis sa temperatura nito, ngunit sa pamamagitan ng isang espesyal na nilikha na magnetic field. Ang isang espesyal na tampok ng TOKAMAK ay ang paggamit agos ng kuryente, na dumadaloy sa plasma upang lumikha ng poloidal field na kinakailangan para sa plasma equilibrium.

Posible ang TCB kung ang dalawang pamantayan ay natutugunan nang sabay-sabay:

• ang temperatura ng plasma ay dapat na higit sa 100,000,000 K;
• pagsunod sa pamantayan ni Lawson: n · t> 5·10 19 cm –3 s (para sa reaksyon ng D-T),
  saan n- density ng mataas na temperatura ng plasma, t– oras ng pagpapanatili ng plasma sa system.

Ito ay theoretically pinaniniwalaan na ang rate ng isang partikular na thermonuclear reaksyon ay higit sa lahat ay nakasalalay sa halaga ng dalawang pamantayang ito.

Sa kasalukuyan, ang kinokontrol na thermonuclear fusion ay hindi pa naipapatupad sa isang pang-industriyang sukat. Bagaman sa mga binuo bansa, sa pangkalahatan, ilang dosenang kinokontrol na thermonuclear reactor ang naitayo, hindi sila makapagbibigay ng kinokontrol na thermonuclear fusion. Ang pagtatayo ng internasyonal na reaktor ng pananaliksik na ITER ay nasa maagang yugto.

Dalawang pangunahing pamamaraan para sa pagpapatupad ng kinokontrol na thermonuclear fusion ay isinasaalang-alang.

Quasi-stationary system. Ang pag-init at pagkulong ng plasma ay isinasagawa ng isang magnetic field sa medyo mababang presyon at mataas na temperatura. Para sa layuning ito, ang mga reactor ay ginagamit sa anyo ng mga TOKAMAK, stellarator, mirror traps at torsatron, na naiiba sa pagsasaayos ng magnetic field. Ang ITER reactor ay may configuration ng TOKAMAK.

Mga sistema ng pulso. Sa ganitong mga sistema, ang CTS ay isinasagawa sa pamamagitan ng panandaliang pag-init ng maliliit na target na naglalaman ng deuterium at tritium na may napakalakas na laser o ion pulses. Ang ganitong pag-iilaw ay nagdudulot ng pagkakasunod-sunod ng mga thermonuclear microexplosions.

Ang pananaliksik sa unang uri ng thermonuclear reactor ay higit na binuo kaysa sa pangalawa. Sa nuclear physics, kapag nag-aaral ng thermonuclear fusion, isang magnetic trap ang ginagamit upang maglaman ng plasma sa isang tiyak na volume. Ang magnetic trap ay idinisenyo upang panatilihin ang plasma mula sa pakikipag-ugnay sa mga elemento ng thermonuclear reactor, i.e. pangunahing ginagamit bilang heat insulator. Ang prinsipyo ng pagkakulong ay batay sa pakikipag-ugnayan ng mga sisingilin na particle na may magnetic field, lalo na sa pag-ikot ng mga sisingilin na particle sa paligid ng mga linya ng magnetic field. Sa kasamaang palad, ang magnetized plasma ay napaka-unstable at may posibilidad na umalis sa magnetic field. Samakatuwid, upang lumikha ng isang epektibong magnetic trap, ang pinakamalakas na electromagnets ay ginagamit, na kumonsumo ng isang malaking halaga ng enerhiya.

Posibleng bawasan ang laki ng isang fusion reactor kung ito ay gumagamit ng tatlong paraan ng paglikha ng isang fusion reaction nang sabay-sabay.

Inertial synthesis. Mag-irradiate ng maliliit na kapsula ng deuterium-tritium fuel na may 500 trilyon (5·10 14) W laser. Ang dambuhalang, napakaikling 10 –8 s na laser pulse na ito ay nagiging sanhi ng pagsabog ng mga fuel capsule, na nagreresulta sa pagsilang ng isang mini-star sa loob ng ilang segundo. Ngunit hindi makakamit ang isang thermonuclear reaction dito.

Sabay-sabay na gamitin ang Z-machine kasama ang TOKAMAK. Ang Z-machine ay gumagana nang iba kaysa sa isang laser. Dumadaan ito sa isang web ng maliliit na wire na nakapalibot sa fuel capsule na may singil na may lakas na kalahating trilyong watts 5·10 11 W.

Ang mga unang henerasyong reactor ay malamang na tatakbo sa pinaghalong deuterium at tritium. Ang mga neutron na lumilitaw sa panahon ng reaksyon ay maa-absorb ng reactor shield, at ang nabuong init ay gagamitin upang painitin ang coolant sa heat exchanger, at ang enerhiya na ito, naman, ay gagamitin upang paikutin ang generator.

Mayroong, sa teorya, ang mga alternatibong uri ng gasolina na walang mga disadvantages na ito. Ngunit ang kanilang paggamit ay nahahadlangan ng isang pangunahing pisikal na limitasyon. Upang makakuha ng sapat na enerhiya mula sa reaksyon ng pagsasanib, kinakailangan upang mapanatili ang isang sapat na siksik na plasma sa temperatura ng pagsasanib (10 8 K) para sa isang tiyak na oras.

Ang pangunahing aspeto ng pagsasanib ay inilarawan ng produkto ng plasma density n para sa tagal ng pinainit na nilalaman ng plasma τ, na kinakailangan upang maabot ang punto ng balanse. Trabaho n Ang τ ay nakasalalay sa uri ng gasolina at isang function ng temperatura ng plasma. Sa lahat ng uri ng gasolina, ang pinaghalong deuterium-tritium ay nangangailangan ng pinakamababang halaga nτ sa pamamagitan ng hindi bababa sa isang order ng magnitude, at ang pinakamababang temperatura ng reaksyon nang hindi bababa sa 5 beses. kaya, Reaksyon ng D-T ay isang kinakailangang unang hakbang, ngunit ang paggamit ng iba pang mga panggatong ay nananatiling isang mahalagang layunin sa pananaliksik.

11. Fusion reaction bilang isang pang-industriyang pinagmumulan ng kuryente

Ang enerhiya ng pagsasanib ay itinuturing ng maraming mga mananaliksik bilang isang "natural" na mapagkukunan ng enerhiya sa mahabang panahon. Ang mga tagapagtaguyod ng komersyal na paggamit ng mga fusion reactor para sa produksyon ng kuryente ay nagbanggit ng mga sumusunod na argumento na pabor sa kanila:

• halos hindi mauubos na reserba ng gasolina (hydrogen);
• ang gasolina ay maaaring makuha mula sa tubig dagat sa anumang baybayin ng mundo, na ginagawang imposible para sa isa o isang grupo ng mga bansa na monopolyo ang gasolina;
• ang imposibilidad ng isang hindi makontrol na reaksyon ng synthesis;
• kawalan ng mga produkto ng pagkasunog;
• hindi na kailangang gumamit ng mga materyales na maaaring magamit upang makabuo ng mga sandatang nuklear, kaya inaalis ang mga kaso ng sabotahe at terorismo;
• Kung ikukumpara sa mga nuclear reactor, ang isang maliit na halaga ng radioactive na basura na may maikling kalahating buhay ay ginawa.

Ang isang didal na puno ng deuterium ay tinatayang makakapagdulot ng enerhiya na katumbas ng 20 toneladang karbon. Ang isang medium-sized na lawa ay maaaring magbigay ng enerhiya sa anumang bansa sa loob ng daan-daang taon. Gayunpaman, dapat tandaan na ang mga umiiral na reactor ng pananaliksik ay idinisenyo upang makamit ang isang direktang reaksyon ng deuterium-tritium (DT), ang ikot ng gasolina na nangangailangan ng paggamit ng lithium upang makagawa ng tritium, habang ang mga pag-angkin ng hindi mauubos na enerhiya ay tumutukoy sa paggamit ng deuterium- deuterium (DD) reaksyon sa ikalawang henerasyon ng mga reactor.

Katulad ng fission reaction, ang fusion reaction ay hindi gumagawa ng atmospheric carbon dioxide emissions, na isang malaking contributor sa global warming. Ito ay isang makabuluhang kalamangan, dahil ang paggamit ng mga fossil fuel upang makagawa ng kuryente ay nangangahulugan na, halimbawa, ang US ay gumagawa ng 29 kg ng CO 2 (isa sa mga pangunahing gas na maaaring ituring na sanhi ng global warming) bawat residente ng US kada araw .

12. May mga pagdududa na

Ang mga bansa ng European Community ay gumagastos ng humigit-kumulang 200 milyong euro taun-taon sa pananaliksik, at hinuhulaan na aabutin pa ng ilang dekada bago maging posible ang pang-industriyang paggamit ng nuclear fusion. Naniniwala ang mga tagapagtaguyod ng mga alternatibong pinagkukunan ng kuryente na mas angkop na gamitin ang mga pondong ito upang ipakilala ang mga nababagong pinagkukunan ng kuryente.

Sa kasamaang palad, sa kabila ng malawakang optimismo (mula noong 1950s, nang magsimula ang unang pananaliksik), ang mga makabuluhang hadlang sa pagitan ng pag-unawa ngayon sa mga proseso ng pagsasanib ng nukleyar, mga kakayahan sa teknolohiya at ang praktikal na paggamit ng pagsasanib ng nukleyar ay hindi pa napagtatagumpayan, ito ay hindi malinaw kahit hanggang saan naroon. maaaring Matipid na kumikita ang paggawa ng kuryente gamit ang thermonuclear fusion. Kahit na ang pag-unlad sa pananaliksik ay pare-pareho, ang mga mananaliksik ay nahaharap sa mga bagong hamon sa bawat ngayon at pagkatapos. Halimbawa, ang hamon ay ang pagbuo ng isang materyal na makatiis sa neutron bombardment, na tinatayang 100 beses na mas matindi kaysa sa tradisyonal na mga nuclear reactor.

13. Isang klasikong ideya ng mga paparating na yugto sa paglikha ng isang kinokontrol na thermonuclear reactor

Ang mga sumusunod na yugto ay nakikilala sa pananaliksik.

Equilibrium o "pass" mode: kapag ang kabuuang enerhiya na inilabas sa panahon ng proseso ng synthesis ay katumbas ng kabuuang enerhiya na ginugol sa pagsisimula at pagpapanatili ng reaksyon. Ang ratio na ito ay minarkahan ng simbolo Q. Ang equilibrium ng reaksyon ay ipinakita sa JET sa UK noong 1997. Sa paggastos ng 52 MW ng kuryente upang painitin ito, nakakuha ang mga siyentipiko ng power output na 0.2 MW na mas mataas kaysa sa ginastos. (Kailangan mong i-double-check ang data na ito!)

Nagliliyab na Plasma: isang intermediate na yugto kung saan ang reaksyon ay susuportahan pangunahin ng mga alpha particle na ginawa sa panahon ng reaksyon, sa halip na sa pamamagitan ng panlabas na pag-init.

Q≈ 5. Ang intermediate stage ay hindi pa nakakamit.

Pag-aapoy: isang matatag na reaksyon na sumusuporta sa sarili nito. Dapat makamit sa malalaking halaga Q. Hindi pa rin nakakamit.

Ang susunod na hakbang sa pananaliksik ay dapat na ITER, ang International Thermonuclear Experimental Reactor. Sa reaktor na ito ay pinlano na pag-aralan ang pag-uugali ng mataas na temperatura na plasma (nagniningas na plasma na may Q≈ 30) at mga materyales sa istruktura para sa isang pang-industriyang reaktor.

Ang huling yugto ng pananaliksik ay magiging DEMO: isang prototype ng isang pang-industriyang reaktor kung saan makakamit ang pag-aapoy at ang praktikal na pagiging angkop ng mga bagong materyales ay ipapakita. Ang pinaka-optimistikong forecast para sa pagkumpleto ng yugto ng DEMO: 30 taon. Isinasaalang-alang ang tinantyang oras para sa pagtatayo at pag-commissioning ng isang pang-industriyang reactor, pinaghihiwalay tayo ng ≈40 taon mula sa pang-industriyang paggamit ng thermonuclear energy.

14. Ang lahat ng ito ay kailangang pag-isipang mabuti

Dose-dosenang, at marahil daan-daang mga eksperimentong thermonuclear reactor na may iba't ibang laki ang naitayo sa buong mundo. Ang mga siyentipiko ay dumating sa trabaho, i-on ang reaktor, mabilis na nangyayari ang reaksyon, tila pinapatay nila ito, at umupo at nag-iisip. Ano ang dahilan? Ano ang susunod na gagawin? At kaya sa loob ng mga dekada, walang pakinabang.

Kaya, sa itaas ay binalangkas ang kasaysayan ng pag-unawa ng tao tungkol sa thermonuclear fusion sa Araw at ang kasaysayan ng mga nagawa ng sangkatauhan sa paglikha ng isang kinokontrol na thermonuclear reactor.

Mahaba-habang paraan ang nilakbay at marami ang nagawa para makamit ang pangwakas na layunin. Ngunit, sa kasamaang-palad, ang resulta ay negatibo. Ang isang kinokontrol na thermonuclear reactor ay hindi pa nagagawa. Isa pang 30...40 taon at ang mga pangako ng mga siyentipiko ay matutupad. Magkakaroon ba? 60 taon walang resulta. Bakit ito dapat mangyari sa 30...40 taon, at hindi sa tatlong taon?

May isa pang ideya tungkol sa thermonuclear fusion sa Araw. Ito ay lohikal, simple at talagang humahantong sa isang positibong resulta. Ito ang natuklasan ng V.F. Vlasova. Salamat sa pagtuklas na ito, kahit na ang mga TOKAMAK ay maaaring gumana sa malapit na hinaharap.

15. Isang bagong pagtingin sa likas na katangian ng thermonuclear fusion sa Araw at ang imbensyon na "Paraan ng kinokontrol na thermonuclear fusion at isang kinokontrol na thermonuclear reactor para sa pagpapatupad ng kinokontrol na thermonuclear fusion"

Mula sa may-akda. Ang pagtuklas at imbensyon na ito ay halos 20 taong gulang na. Matagal akong nag-alinlangan na nakahanap ako ng bagong paraan upang maisagawa ang thermonuclear fusion at isang bagong thermonuclear reactor para ipatupad ito. Ako ay nagsaliksik at nag-aral ng daan-daang mga gawa sa larangan ng thermonuclear fusion. Nakumbinsi ako ng oras at naprosesong impormasyon na nasa tamang landas ako.

Sa unang sulyap, ang pag-imbento ay napaka-simple at hindi katulad ng pang-eksperimentong thermonuclear reactor ng uri ng TOKAMAK. Sa modernong pananaw ng mga awtoridad sa agham ng TOKAMAK, ito lamang ang tamang desisyon at hindi napapailalim sa talakayan. 60 taon ng ideya ng isang thermonuclear reactor. Ngunit isang positibong resulta - isang gumaganang thermonuclear reactor na may kontroladong thermonuclear fusion na TOKAMAK ay ipinangako lamang sa loob ng 30...40 taon. Marahil, kung walang tunay na positibong resulta sa loob ng 60 taon, kung gayon ang napiling paraan ng teknikal na solusyon sa ideya - ang paglikha ng isang kinokontrol na thermonuclear reactor - upang ilagay ito nang mahinahon, ay hindi tama, o hindi sapat na makatotohanan. Subukan nating ipakita na may isa pang solusyon sa ideyang ito batay sa pagtuklas ng thermonuclear fusion sa Araw, at ito ay naiiba sa karaniwang tinatanggap na mga ideya.

Pagbubukas. Ang pangunahing ideya ng pagtuklas ay napaka-simple at lohikal, at iyon nga Ang mga reaksyong thermonuclear ay nangyayari sa rehiyon ng solar corona. Dito umiiral ang mga kinakailangang pisikal na kondisyon para mangyari ang thermonuclear reaction. Mula sa Solar corona, kung saan ang temperatura ng plasma ay humigit-kumulang 1,500,000 K, ang ibabaw ng Araw ay umiinit hanggang 6,000 K, mula dito ang pinaghalong gasolina ay sumingaw sa solar corona mula sa kumukulong ibabaw ng Araw Ang isang temperatura na 6,000 K ay sapat na para sa pinaghalong gasolina sa anyo ng evaporating vapors upang madaig ang gravitational force ng araw. Pinoprotektahan nito ang ibabaw ng Araw mula sa sobrang init at pinapanatili nito ang temperatura sa ibabaw nito.

Malapit sa combustion zone - ang solar corona, may mga pisikal na kondisyon kung saan ang mga sukat ng mga atom ay dapat magbago at sa parehong oras ang mga puwersa ng Coulomb ay dapat na makabuluhang bawasan. Sa pakikipag-ugnay, ang mga atomo ng pinaghalong gasolina ay nagsasama at nag-synthesize ng mga bagong elemento na may malaking paglabas ng init. Ang combustion zone na ito ay lumilikha ng solar corona, kung saan ang enerhiya sa anyo ng radiation at matter ay pumapasok sa kalawakan. Ang pagsasanib ng deuterium at tritium ay tinutulungan ng magnetic field ng umiikot na Araw, kung saan sila ay pinaghalo at pinabilis. Gayundin, mula sa thermonuclear reaction zone sa solar corona, ang mga mabilis na electrically charged na particle, pati na rin ang mga photon - quanta ng electromagnetic field, ay lumilitaw at gumagalaw nang may mahusay na enerhiya patungo sa evaporating fuel, ang lahat ng ito ay lumilikha ng mga kinakailangang pisikal na kondisyon para sa thermonuclear fusion.

Sa mga klasikal na konsepto ng mga physicist, ang thermonuclear fusion, sa ilang kadahilanan, ay hindi inuri bilang isang proseso ng pagkasunog (dito hindi namin ibig sabihin ang proseso ng oksihenasyon). Ang mga awtoridad mula sa pisika ay may ideya na ang thermonuclear fusion sa Araw ay inuulit ang proseso ng bulkan sa isang planeta, halimbawa, ang Earth. Kaya lahat ng pangangatwiran, ang pamamaraan ng pagkakatulad ay ginagamit. Walang katibayan na ang core ng planetang Earth ay nasa isang molten liquid state. Kahit na ang geophysics ay hindi maabot ang ganoong kalaliman. Ang katotohanan na ang mga bulkan ay umiiral ay hindi maaaring ituring na katibayan ng isang likidong core ng Earth. Sa kailaliman ng Earth, lalo na sa mababaw na kalaliman, may mga pisikal na proseso na hindi pa alam ng mga makapangyarihang pisiko. Walang kahit isang patunay sa pisika na ang thermonuclear fusion ay nangyayari sa kailaliman ng anumang bituin. At sa isang thermonuclear bomb, ang thermonuclear fusion ay hindi nauulit ang modelo sa kailaliman ng Araw.

Sa maingat na visual na pagsusuri, ang Araw ay nagmumukhang isang spherical volumetric burner at lubos na nakapagpapaalaala sa pagkasunog sa isang malaking ibabaw ng lupa, kung saan sa pagitan ng hangganan ng ibabaw at ang combustion zone (prototype ng solar corona) ay may puwang sa pamamagitan ng kung aling thermal radiation ang ipinapadala sa ibabaw ng lupa, na sumingaw, halimbawa, natapon na gasolina at ang mga inihandang singaw na ito ay pumapasok sa combustion zone.

Malinaw na sa ibabaw ng Araw, ang ganitong proseso ay nangyayari sa ilalim ng iba't ibang pisikal na kondisyon. Ang mga katulad na pisikal na kondisyon, medyo magkatulad sa mga parameter, ay isinama sa pagbuo ng disenyo ng isang kinokontrol na thermonuclear reactor, Maikling Paglalarawan at ang schematic diagram na kung saan ay nakalagay sa patent application na nakalagay sa ibaba.

Abstract ng patent application No. 2005123095/06(026016).

"Paraan ng kinokontrol na thermonuclear fusion at kinokontrol na thermonuclear reactor para sa pagpapatupad ng kinokontrol na thermonuclear fusion."

Ipinapaliwanag ko ang paraan at prinsipyo ng pagpapatakbo ng inaangkin na kinokontrol na thermonuclear reactor para sa pagpapatupad ng kinokontrol na thermonuclear fusion.

kanin. 1. Pinasimple circuit diagram UTyar

Sa Fig. Ipinapakita ng Figure 1 ang isang schematic diagram ng UTYAR. Ang pinaghalong gasolina, sa isang mass ratio na 1:10, naka-compress sa 3000 kg/cm 2 at pinainit hanggang 3000°C, sa zone 1 naghahalo at pumapasok sa kritikal na seksyon ng nozzle papunta sa expansion zone 2 . Na sa lugar 3 ang pinaghalong gasolina ay nagniningas.

Ang temperatura ng ignition spark ay maaaring maging anuman ang kinakailangan upang simulan ang thermal process - mula 109...108 K at mas mababa, depende ito sa mga kinakailangang pisikal na kondisyon na nilikha.

Sa mataas na temperatura zone 4 Direktang nagaganap ang proseso ng pagkasunog. Ang mga produktong combustion ay naglilipat ng init sa anyo ng radiation at convection sa heat exchange system 5 at patungo sa papasok na pinaghalong gasolina. Ang aparato 6 sa aktibong bahagi ng reaktor mula sa kritikal na seksyon ng nozzle hanggang sa dulo ng combustion zone ay nakakatulong na baguhin ang magnitude ng mga puwersa ng Coulomb at pinatataas ang epektibong cross section ng fuel mixture nuclei (lumilikha ng mga kinakailangang pisikal na kondisyon) .

Ang diagram ay nagpapakita na ang reactor ay katulad ng gas burner. Ngunit ang isang thermonuclear reactor ay dapat na ganito, at siyempre, ang mga pisikal na parameter ay mag-iiba ng daan-daang beses mula sa, halimbawa, ang mga pisikal na parameter ng isang gas burner.

Ang pag-uulit ng mga pisikal na kondisyon ng thermonuclear fusion sa Araw sa ilalim ng mga kondisyong panlupa ay ang kakanyahan ng imbensyon.

Anumang heat-generating device na gumagamit ng combustion ay dapat lumikha ng mga sumusunod na kondisyon - cycle: paghahanda ng gasolina, paghahalo, supply sa working area (combustion zone), ignition, combustion (chemical o nuclear transformation), pagtanggal ng init mula sa mga mainit na gas sa anyo ng radiation at convection, at pag-alis ng mga produkto ng pagkasunog. Sa kaso ng mapanganib na basura - ang pagtatapon nito. Ang inaangkin na patent ay nagbibigay para sa lahat ng ito.

Ang pangunahing argumento ng mga physicist tungkol sa katuparan ng kriterya ng Lowsen ay natutupad - sa panahon ng pag-aapoy sa pamamagitan ng isang electric spark o isang laser beam, pati na rin sa pamamagitan ng mga mabilis na electrically charged na mga particle na makikita mula sa combustion zone sa pamamagitan ng evaporating fuel, pati na rin ang mga photon - electromagnetic field quanta na may high-density energies, ang temperatura na 109 ay naabot .108 K para sa isang tiyak na minimum na lugar ng gasolina, bilang karagdagan, ang density ng gasolina ay magiging 10 14 cm -3. Hindi ba ito ang paraan at pamamaraan para matupad ang pamantayan ni Lawsen. Ngunit lahat ng mga pisikal na parameter na ito ay maaaring magbago kapag ang mga panlabas na salik ay nakakaimpluwensya sa ilang iba pang pisikal na mga parameter. Kaalaman pa rin ito.

Isaalang-alang natin ang mga dahilan para sa imposibilidad ng pagpapatupad ng thermonuclear fusion sa mga kilalang thermonuclear reactor.

16. Mga disadvantage at problema ng pangkalahatang tinatanggap na mga ideya sa physics tungkol sa thermonuclear reaction sa Araw

1. Kilala. Ang temperatura ng nakikitang ibabaw ng Araw - ang photosphere - ay 5800 K. Ang density ng gas sa photosphere ay libu-libong beses na mas mababa kaysa sa density ng hangin malapit sa ibabaw ng Earth. Karaniwang tinatanggap na sa loob ng Araw, ang temperatura, densidad at presyon ay tumataas nang may lalim, na umaabot sa 16 milyong K sa gitna (ang ilan ay nagsasabing 100 milyong K), 160 g/cm 3 at 3.5 10 11 bar. Sa ilalim ng impluwensya ng mataas na temperatura sa core ng Araw, ang hydrogen ay nagiging helium, na naglalabas ng malaking halaga ng init. Kaya, pinaniniwalaan na ang temperatura sa loob ng Araw ay mula 16 hanggang 100 milyong degrees, sa ibabaw 5800 degrees, at sa solar corona mula 1 hanggang 2 milyong degrees? Bakit kalokohan? Walang sinuman ang makapagpaliwanag nito nang malinaw at naiintindihan. Ang mga kilalang pangkalahatang tinatanggap na mga paliwanag ay may mga pagkukulang at hindi nagbibigay ng malinaw at sapat na ideya ng mga dahilan para sa paglabag sa mga batas ng thermodynamics sa Araw.

2. Ang isang thermonuclear bomb at isang thermonuclear reactor ay gumagana sa iba't ibang mga teknolohikal na prinsipyo, i.e. mukhang hindi pareho. Imposibleng lumikha ng isang thermonuclear reactor sa pagkakahawig ng trabaho bombang thermonuclear, na hindi nakuha sa pagbuo ng mga modernong eksperimentong thermonuclear reactor.

3. Noong 1920, maingat na iminungkahi ng makapangyarihang pisisista na si Eddington ang likas na katangian ng thermonuclear reaction sa Araw, na ang presyon at temperatura sa loob ng Araw ay napakataas na ang mga thermonuclear reaction ay maaaring mangyari doon, kung saan ang hydrogen nuclei (protons) ay sumanib sa isang helium-4 nucleus. Ito ang kasalukuyang tinatanggap na pananaw. Ngunit mula noon ay walang katibayan na ang mga thermonuclear na reaksyon ay nangyayari sa core ng Araw sa 16 milyong K (ang ilang mga physicist ay naniniwala na 100 milyong K), density 160 g/cm3 at presyon 3.5 x 1011 bar, mayroon lamang mga teoretikal na pagpapalagay . Ang mga thermonuclear na reaksyon sa solar corona ay maliwanag. Hindi ito mahirap tuklasin at sukatin.

4. Ang problema ng solar neutrino. Ang mga reaksyong nuklear na nagaganap sa core ng Araw ay humahantong sa pagbuo ng isang malaking bilang ng mga electron neutrino. Ayon sa mga lumang konsepto, ang pagbuo, pagbabago at bilang ng mga solar neutrino ay hindi ipinaliwanag nang malinaw at sapat sa loob ng ilang dekada. Ang mga bagong ideya tungkol sa thermonuclear fusion sa Araw ay walang mga teoretikal na paghihirap na ito.

5. Problema sa pag-init ng Corona. Sa itaas ng nakikitang ibabaw ng Araw (ang photosphere), na may temperatura na humigit-kumulang 6,000 K, ay ang solar corona, na may temperatura na higit sa 1,500,000 K. Maipapakita na ang direktang daloy ng init mula sa photosphere ay hindi sapat na upang humantong sa ganoong kataas na temperatura ng corona. Ipinapaliwanag ng bagong pag-unawa sa thermonuclear fusion sa Araw ang katangian ng temperaturang ito ng solar corona. Dito nagaganap ang mga reaksiyong thermonuclear.

6. Nakalimutan ng mga physicist na ang mga TOKAMAK ay pangunahing kailangan upang maglaman ng mataas na temperatura na plasma at wala nang iba pa. Ang mga umiiral at bagong TOKAMAK ay hindi nagbibigay para sa paglikha ng kinakailangan, espesyal, pisikal na kondisyon para sa thermonuclear fusion. Sa ilang kadahilanan, walang nakakaintindi nito. Ang bawat tao'y matigas ang ulo na naniniwala na sa temperatura ng maraming milyon, ang deuterium at tritium ay dapat na masunog nang maayos. Bakit biglaan? Ang isang nuclear target ay mabilis na sumasabog, sa halip na nasusunog. Tingnang mabuti kung paano nangyayari ang nuclear combustion sa TOKAMAK. Ang nasabing pagsabog ng nuklear ay maaari lamang mapaloob ng malakas na magnetic field ng reactor. malalaking sukat(madaling kalkulahin), ngunit pagkatapos ay ang kahusayan hindi katanggap-tanggap ang naturang reactor teknikal na aplikasyon. Sa inaangkin na patent, ang problema ng pagkulong sa thermonuclear plasma ay madaling malutas.

Ang mga paliwanag ng mga siyentipiko tungkol sa mga prosesong nagaganap sa kalaliman ng Araw ay hindi sapat upang maunawaan ang thermonuclear fusion sa kalaliman. Walang sapat na napagmasdan ang mga proseso ng paghahanda ng gasolina, ang mga proseso ng init at paglipat ng masa, sa lalim, sa napakahirap na kritikal na kondisyon. Halimbawa, paano, at sa ilalim ng anong mga kondisyon, nabuo ang plasma sa lalim kung saan nangyayari ang thermonuclear fusion? Kung paano siya kumilos, atbp. Pagkatapos ng lahat, ito ay eksakto kung paano ang mga TOKAMAK ay teknikal na idinisenyo.

Kaya, nalulutas ng bagong konsepto ng thermonuclear fusion ang lahat ng umiiral na teknikal at teoretikal na problema sa lugar na ito.

P.S. Mahirap magmungkahi mga simpleng katotohanan mga taong naniniwala sa mga opinyon (pagpapalagay) ng mga siyentipikong awtoridad sa loob ng mga dekada. Upang maunawaan kung tungkol saan ang bagong pagtuklas, sapat na upang independiyenteng muling isaalang-alang kung ano ang naging dogma sa loob ng maraming taon. Kung ang isang bagong panukala tungkol sa likas na katangian ng isang pisikal na epekto ay nagdudulot ng mga pagdududa tungkol sa katotohanan ng mga lumang pagpapalagay, patunayan muna ang katotohanan sa iyong sarili. Ito ang dapat gawin ng bawat tunay na siyentipiko. Ang pagtuklas ng thermonuclear fusion sa solar corona ay napatunayang pangunahin nang biswal. Ang Thermonuclear combustion ay nangyayari hindi sa kalaliman ng Araw, ngunit sa ibabaw nito. Ito ay isang espesyal na pagkasunog. Maraming mga larawan at larawan ng Araw ang nagpapakita kung paano nangyayari ang proseso ng pagkasunog, kung paano nangyayari ang proseso ng pagbuo ng plasma.

1. Kinokontrol na thermonuclear fusion. Wikipedia.

2. Velikhov E.P., Mirnov S.V. Ang kinokontrol na thermonuclear fusion ay pumapasok sa kahabaan ng tahanan. Trinity Institute of Innovation at Thermonuclear Research. Ruso sentro ng agham"Kurchatov Institute", 2006.

3. Llewellyn-Smith K. Sa daan patungo sa thermonuclear energy. Mga materyales ng isang panayam na ibinigay noong Mayo 17, 2009 sa FIAN.

4. Encyclopedia of the Sun. Tesis, 2006.

5. Araw. Astronet.

6. Ang araw at ang buhay ng Daigdig. Mga komunikasyon sa radyo at mga alon ng radyo.

7. Araw at Lupa. Mga single vibrations.

8. Araw. solar system. Pangkalahatang astronomiya. Proyekto "Astrogalaxy".

9. Paglalakbay mula sa gitna ng Araw. Popular Mechanics, 2008.

10. Araw. Pisikal na ensiklopedya.

11. Astronomy Larawan ng Araw.

12. Pagkasunog. Wikipedia.

"Agham at teknolohiya"

>Ano ang ginawa ng Araw?

Malaman, ano ang ginawa ng araw: paglalarawan ng istraktura at komposisyon ng bituin, listahan ng mga elemento ng kemikal, bilang at katangian ng mga layer na may mga larawan, diagram.

Mula sa Earth, lumilitaw ang Araw bilang isang makinis na bola ng apoy, at bago ang pagtuklas ng mga sunspot ng Galileo spacecraft, maraming mga astronomo ang naniniwala na ito ay perpektong hugis nang walang mga depekto. Ngayon alam na natin iyon Binubuo ang araw mula sa ilang mga layer, tulad ng Earth, na ang bawat isa ay gumaganap ng sarili nitong function. Ang napakalaking furnace-like structure ng Araw ay ang tagapagtustos ng lahat ng enerhiya sa Earth na kailangan para sa terrestrial na buhay.

Anong mga elemento ang binubuo ng Araw?

Kung maaari mong paghiwalayin ang bituin at paghambingin ang mga elementong bumubuo nito, malalaman mo na ang komposisyon ay 74% hydrogen at 24% helium. Gayundin, ang Araw ay binubuo ng 1% oxygen, at ang natitirang 1% ay ganoon mga elemento ng kemikal periodic table, gaya ng chromium, calcium, neon, carbon, magnesium, sulfur, silicon, nickel, iron. Naniniwala ang mga astronomo na ang isang elementong mas mabigat kaysa sa helium ay isang metal.

Paano nabuo ang lahat ng elementong ito ng Araw? Ang Big Bang ay gumawa ng hydrogen at helium. Sa simula ng pagbuo ng Uniberso, ang unang elemento, ang hydrogen, ay lumitaw mula sa elementarya na mga particle. Dahil sa mataas na temperatura at presyon, ang mga kondisyon sa Uniberso ay katulad ng nasa core ng isang bituin. Nang maglaon, ang hydrogen ay pinagsama sa helium habang ang uniberso ay may mataas na temperatura na kinakailangan para mangyari ang reaksyon ng pagsasanib. Ang mga kasalukuyang proporsyon ng hydrogen at helium na nasa Uniberso ay nabuo na ngayon pagkatapos ng Big Bang at hindi nagbago.

Ang natitirang mga elemento ng Araw ay nilikha sa iba pang mga bituin. Sa mga core ng mga bituin, ang proseso ng synthesis ng hydrogen sa helium ay patuloy na nangyayari. Pagkatapos makagawa ng lahat ng oxygen sa core, lumipat sila sa nuclear fusion ng mas mabibigat na elemento tulad ng lithium, oxygen, helium. marami mabigat na bakal, na nasa Araw, ay nabuo din sa ibang mga bituin sa pagtatapos ng kanilang buhay.

Ang pinakamabibigat na elemento, ginto at uranium, ay nabuo nang ang mga bituin ay maraming beses na mas malaki kaysa sa ating Araw. Sa hating segundo ng pagbuo ng black hole, ang mga elemento ay nagbanggaan sa napakabilis at ang pinakamabibigat na elemento ay nabuo. Ang pagsabog ay nakakalat sa mga elementong ito sa buong Uniberso, kung saan sila ay tumulong sa pagbuo ng mga bagong bituin.

Nakolekta ng ating Araw ang mga elementong nilikha ng Big Bang, mga elemento mula sa namamatay na mga bituin, at mga particle na nilikha bilang resulta ng mga bagong pagsabog ng bituin.

Anong mga layer ang binubuo ng Araw?

Sa unang tingin, ang Araw ay isang bola lamang na gawa sa helium at hydrogen, ngunit sa mas malalim na pag-aaral ay malinaw na ito ay binubuo ng iba't ibang mga layer. Kapag lumilipat patungo sa core, pagtaas ng temperatura at presyon, bilang isang resulta kung saan ang mga layer ay nilikha, dahil sa ilalim ng iba't ibang mga kondisyon ang hydrogen at helium ay may iba't ibang mga katangian.

solar core

Simulan natin ang ating paggalaw sa mga layer mula sa core hanggang sa panlabas na layer ng komposisyon ng Araw. Sa panloob na layer ng Araw - ang core, ang temperatura at presyon ay napakataas, na nakakatulong sa nuclear fusion. Ang araw ay lumilikha ng helium atoms mula sa hydrogen, bilang isang resulta ng reaksyong ito, ang liwanag at init ay nabuo, na umaabot. Karaniwang tinatanggap na ang temperatura sa Araw ay humigit-kumulang 13,600,000 degrees Kelvin, at ang density ng core ay 150 beses na mas mataas kaysa sa density ng tubig.

Naniniwala ang mga siyentipiko at astronomo na ang core ng Araw ay umaabot sa halos 20% ng haba ng solar radius. At sa loob ng core, ang mataas na temperatura at presyon ay nagdudulot ng pagkawatak-watak ng mga atomo ng hydrogen sa mga proton, neutron at mga electron. Ang araw ay nagko-convert sa kanila sa helium atoms, sa kabila ng kanilang free-floating state.

Ang reaksyong ito ay tinatawag na exothermic. Kapag nangyari ang reaksyong ito, ang malaking halaga ng init ay inilabas, katumbas ng 389 x 10 31 J. bawat segundo.

Radiation zone ng Araw

Nagmula ang sonang ito sa pangunahing hangganan (20% ng solar radius), at umaabot sa haba ng hanggang 70% ng solar radius. Sa loob ng zone na ito ay may solar matter, na sa komposisyon nito ay medyo siksik at mainit, kaya ang thermal radiation ay dumadaan dito nang hindi nawawala ang init.

Ang reaksyon ng nuclear fusion ay nangyayari sa loob ng solar core - ang paglikha ng helium atoms bilang resulta ng pagsasanib ng mga proton. Ang reaksyong ito ay gumagawa ng malaking halaga ng gamma radiation. Sa prosesong ito, ang mga photon ng enerhiya ay ibinubuga, pagkatapos ay hinihigop sa radiation zone at muling ibinubuga ng iba't ibang mga particle.

Ang trajectory ng isang photon ay karaniwang tinatawag na "random walk." Sa halip na lumipat sa isang tuwid na landas patungo sa ibabaw ng Araw, ang photon ay gumagalaw sa isang zigzag pattern. Bilang resulta, ang bawat photon ay tumatagal ng humigit-kumulang 200,000 taon upang madaig ang radiation zone ng Araw. Kapag lumilipat mula sa isang particle patungo sa isa pang particle, nawawalan ng enerhiya ang photon. Ito ay mabuti para sa Earth, dahil makakatanggap lamang tayo ng gamma radiation na nagmumula sa Araw. Ang isang photon na pumapasok sa espasyo ay nangangailangan ng 8 minuto upang maglakbay sa Earth.

Ang isang malaking bilang ng mga bituin ay may mga radiation zone, at ang kanilang mga sukat ay direktang nakasalalay sa sukat ng bituin. Kung mas maliit ang bituin, magiging mas maliit ang mga zone, karamihan sa mga ito ay sasakupin ng convective zone. Ang pinakamaliit na bituin ay maaaring kulang sa radiation zone, at ang convective zone ay maaabot ang distansya sa core. Para sa pinakamalaking bituin ang sitwasyon ay kabaligtaran, ang radiation zone ay umaabot sa ibabaw.

Convective zone

Ang convective zone ay nasa labas ng radiative zone, kung saan ang panloob na init ng araw ay dumadaloy sa mga haligi ng mainit na gas.

Halos lahat ng mga bituin ay may ganoong sona. Para sa ating Araw, ito ay umaabot mula sa 70% ng radius ng Araw hanggang sa ibabaw (photosphere). Ang gas sa kailaliman ng bituin, malapit sa pinakaubod, ay umiinit at tumataas sa ibabaw, tulad ng mga bula ng waks sa isang lampara. Sa pag-abot sa ibabaw ng bituin, ang pagkawala ng init ay nangyayari habang ito ay lumalamig, ang gas ay lumulubog pabalik sa gitna, na bumabawi ng thermal energy. Bilang halimbawa, maaari kang magdala ng isang kawali ng tubig na kumukulo sa apoy.

Ang ibabaw ng Araw ay parang maluwag na lupa. Ang mga iregularidad na ito ay mga haligi ng mainit na gas na nagdadala ng init sa ibabaw ng Araw. Ang kanilang lapad ay umabot sa 1000 km, at ang dispersal time ay umabot sa 8-20 minuto.

Naniniwala ang mga astronomo na ang mababang-mass na mga bituin, tulad ng mga red dwarf, ay mayroon lamang convective zone na umaabot hanggang sa core. Wala silang radiation zone, na hindi masasabi tungkol sa Araw.

Photosphere

Ang tanging layer ng Araw na nakikita mula sa Earth ay . Sa ibaba ng layer na ito, ang Araw ay nagiging malabo, at ang mga astronomo ay gumagamit ng iba pang mga pamamaraan upang pag-aralan ang loob ng ating bituin. Ang temperatura sa ibabaw ay umabot sa 6000 Kelvin at kumikinang na dilaw-puti, na nakikita mula sa Earth.

Ang kapaligiran ng Araw ay matatagpuan sa likod ng photosphere. Ang bahagi ng Araw na nakikita sa panahon ng solar eclipse ay tinatawag.

Istruktura ng Araw sa diagram

Espesyal na binuo ng NASA para sa mga pangangailangang pang-edukasyon ang isang eskematiko na representasyon ng istraktura at komposisyon ng Araw, na nagpapahiwatig ng temperatura para sa bawat layer:

• (Visible, IR at UV radiation) – ito ay visible radiation, infrared radiation at ultraviolet radiation. Ang nakikitang radiation ay ang liwanag na nakikita natin na nagmumula sa Araw. Ang infrared radiation ay ang init na ating nararamdaman. Ang ultraviolet radiation ay ang radiation na nagbibigay sa atin ng tan. Ang araw ay gumagawa ng mga radiation na ito nang sabay-sabay.
• (Photosphere 6000 K) – Ang photosphere ay ang itaas na layer ng Araw, ang ibabaw nito. Ang temperatura na 6000 Kelvin ay katumbas ng 5700 degrees Celsius.
• Mga radio emissions - Bilang karagdagan sa nakikitang radiation, infrared radiation at ultraviolet radiation, ang Araw ay naglalabas ng mga radio emissions, na natuklasan ng mga astronomo gamit ang radio telescope. Depende sa bilang ng mga sunspot, tumataas at bumababa ang emisyon na ito.
• Coronal Hole (trans. Coronal hole) - Ito ang mga lugar sa Araw kung saan ang korona ay may no mas mataas na density plasma, na nagreresulta sa pagiging mas madilim at malamig.
• 2100000 K (2100000 Kelvin) – Ang radiation zone ng Araw ay may ganitong temperatura.
• Convective zone/Turbulent convection (trans. Convective zone/Turbulent convection) – Ito ang mga lugar sa Araw kung saan ang thermal energy ng core ay inililipat sa pamamagitan ng convection. Ang mga column ng plasma ay umabot sa ibabaw, binitawan ang kanilang init, at muling nagmamadaling bumaba para uminit muli.
• Ang mga coronal loop (trans. Coronal loops) ay mga loop na binubuo ng plasma sa solar atmosphere, na gumagalaw sa mga magnetic lines. Para silang malalaking arko na umaabot mula sa ibabaw ng sampu-sampung libong kilometro.
• Ang Core (trans. Core) ay ang solar heart kung saan nangyayari ang nuclear fusion gamit ang mataas na temperatura at presyon. Ang lahat ng solar energy ay nagmumula sa core.
• 14,500,000 K (per. 14,500,000 Kelvin) – Temperatura ng solar core.
• Radiative Zone (trans. Radiation zone) - Isang layer ng Araw kung saan ang enerhiya ay ipinapadala gamit ang radiation. Ang photon ay nagtagumpay sa radiation zone na lampas sa 200,000 at napupunta sa outer space.
• Ang mga neutrino (trans. Neutrino) ay hindi gaanong maliliit na particle na nagmumula sa Araw bilang resulta ng reaksyon ng nuclear fusion. Daan-daang libong neutrino ang dumadaan sa katawan ng tao bawat segundo, ngunit hindi sila nagdudulot sa atin ng anumang pinsala, hindi natin sila nararamdaman.
• Chromospheric Flare (isinalin bilang Chromospheric Flare) - Ang magnetic field ng ating bituin ay maaaring umikot at pagkatapos ay biglang masira sa iba't ibang anyo. Bilang resulta ng mga break sa magnetic field, lumalabas ang malalakas na X-ray flare mula sa ibabaw ng Araw.
• Magnetic Field Loop - Ang magnetic field ng Araw ay matatagpuan sa itaas ng photosphere, at nakikita habang gumagalaw ang mainit na plasma sa mga magnetic lines sa kapaligiran ng Araw.
• Spot – Isang sunspot (trans. Sun spots) – Ito ay mga lugar sa ibabaw ng Araw kung saan dumadaan ang mga magnetic field sa ibabaw ng Araw, at ang temperatura ay mas mababa, kadalasan sa anyo ng isang loop.
• Mga energetic na particle (trans. Energetic particle) - Nagmula ang mga ito sa ibabaw ng Araw, na nagreresulta sa paglikha ng solar wind. Sa solar storm ang kanilang bilis ay umaabot sa bilis ng liwanag.
• Ang X-ray (isinalin bilang X-ray) ay mga sinag na hindi nakikita ng mata ng tao na nabubuo sa panahon ng mga solar flare.
• Maliwanag na mga spot at panandaliang magnetic region (trans. Bright spots at short-lived magnetic regions) - Dahil sa mga pagkakaiba sa temperatura, lumilitaw ang maliwanag at dim spot sa ibabaw ng Araw.

Mula noong dekada thirties, ang mga astrophysicist ay walang alinlangan na sa mga nuklear na reaksyon sa mga magaan na elemento, ang tanging may kakayahang mapanatili ang radiation ng pangunahing sequence na mga bituin sa spectrum-luminosity diagram sa loob ng sapat na mahabang panahon at masigla ay ang pagbuo ng helium mula sa hydrogen. . Ang iba pang mga reaksyon ay maaaring tumagal ng masyadong maikli (sa isang cosmic scale, siyempre!) o gumawa ng masyadong maliit na output ng enerhiya.

Gayunpaman, ang landas ng direktang pagsasama-sama ng apat na hydrogen nuclei sa isang helium nucleus ay naging imposible: ang reaksyon ng pag-convert ng hydrogen sa helium sa kailaliman ng mga bituin ay dapat kumuha ng "roundabout route."

Ang unang paraan ay serial connection unang dalawang hydrogen atoms, pagkatapos ay pagdaragdag ng isang pangatlo sa kanila, atbp.

Ang pangalawang paraan ay ang pag-convert ng hydrogen sa helium sa "tulong" ng nitrogen at lalo na ang mga carbon atom.

Bagaman ang unang landas ay tila mas simple, sa loob ng mahabang panahon ay hindi ito nakatanggap ng "nararapat na paggalang", at ang mga astrophysicist ay naniniwala na ang pangunahing reaksyon na nagpapakain ng mga bituin na may enerhiya ay ang pangalawang landas - ang "carbon cycle".

Ang pagbuo ng isang helium nucleus ay nangangailangan ng apat na proton, na sa kanilang sarili ay hindi gugustuhing mabuo sa isang alpha particle kung hindi sila tinulungan ng carbon.

Sa kadena ng mga reaksyong ito, ginagampanan ng carbon ang papel ng isang kinakailangang kasabwat at, kumbaga, isang organizer. SA mga reaksiyong kemikal Mayroon ding mga kasabwat, tinatawag na catalysts.

Kapag nagtatayo ng helium, ang enerhiya ay hindi lamang nasayang, ngunit sa kabaligtaran, ito ay inilabas. Sa katunayan, ang kadena ng mga pagbabagong-anyo ay sinamahan ng pagpapakawala ng tatlong γ-quanta at dalawang positron, na naging γ-radiation din. Ang balanse ay: 10 -5 (4·1.00758-4.00390) =0.02642·10 -5 atomic mass units.

Ang enerhiya na nauugnay sa masa na ito ay inilabas sa bituka ng bituin, dahan-dahang tumutulo sa ibabaw at pagkatapos ay nag-iilaw sa kalawakan. Ang pabrika ng helium ay patuloy na tumatakbo sa mga bituin hanggang sa maubos ang supply ng mga hilaw na materyales, ibig sabihin, hydrogen. Sasabihin namin sa iyo kung ano ang susunod na mangyayari.

Ang carbon, bilang isang katalista, ay tatagal nang walang katiyakan.

Sa mga temperatura ng pagkakasunud-sunod ng 20 milyong degrees, ang pagkilos ng mga reaksyon ng carbon cycle ay proporsyonal sa ika-17 na kapangyarihan ng temperatura! Sa ilang distansya mula sa gitna ng bituin, kung saan ang temperatura ay 10% lamang na mas mababa, ang produksyon ng enerhiya ay bumaba ng 5 beses, at kung saan ito ay isa at kalahating beses na mas mababa, ito ay bumaba ng 800 beses! Samakatuwid, hindi malayo sa gitnang, pinakamainit na rehiyon, ang pagbuo ng helium dahil sa hydrogen ay hindi nangyayari. Ang natitirang bahagi ng hydrogen ay magiging helium pagkatapos na dalhin ito ng paghahalo ng mga gas sa teritoryo ng "pabrika" - sa gitna ng bituin.

Noong unang bahagi ng ikalimampu, lumabas na sa temperatura na 20 milyong degrees, at higit pa sa mas mababang temperatura, ang reaksyon ng proton-proton ay mas epektibo, na humahantong din sa pagkawala ng hydrogen at pagbuo ng helium. Malamang na ito ay nangyayari sa gayong kadena ng mga pagbabago.

Dalawang proton, na nagbanggaan, ay naglalabas ng isang positron at isang quantum ng liwanag, na nagiging isang mabigat na isotope ng hydrogen na may kamag-anak na atomic na mass na 2. Ang huli, pagkatapos na sumanib sa isa pang proton, ay nagiging isang atom ng isang magaan na isotope ng hydrogen na may isang kamag-anak na atomic na masa ng 2. Ang huli, pagkatapos ng pagsasama sa isa pang proton, ay nagiging isang magaan na atom na isang isotope ng helium na may kamag-anak na atomic na masa ng 3, na naglalabas ng labis na masa sa anyo ng radiation. Kung sapat na ang gayong magaan na mga atomo ng helium, ang kanilang nuclei sa pagbangga ay bubuo ng isang normal na atomo ng helium na may relatibong atomic na mass na 4 at dalawang proton na may karagdagang enerhiya na quantum. Kaya, sa prosesong ito tatlong proton ang nawala at dalawa ang nalikha - isang proton ang nawala, ngunit ang enerhiya ay inilabas ng tatlong beses.

Tila, ang Araw at ang mas malamig na pangunahing sequence na mga bituin sa diagram ng luminosity-spectrum ay kumukuha ng enerhiya mula sa pinagmulang ito.

Kapag ang lahat ng hydrogen ay na-convert sa helium, ang bituin ay maaari pa ring umiral sa pamamagitan ng pag-convert ng helium sa mas mabibigat na elemento. Halimbawa, posible ang mga sumusunod na proseso:

4 2 He + 4 2 He → 8 4 Be + radiation,

4 2 He + 8 4 Be → 12 6 C + radiation.

Ang isang particle ng helium ay nagbibigay ng output ng enerhiya na 8 beses na mas mababa kaysa sa ibinibigay ng parehong particle sa carbon cycle na inilarawan sa itaas.

Kamakailan lamang, natuklasan ng mga physicist na sa ilang mga bituin ang pisikal na kondisyon ay nagpapahintulot sa paglitaw ng mas mabibigat na elemento, tulad ng bakal, at kinakalkula nila ang proporsyon ng mga nagresultang elemento alinsunod sa kasaganaan ng mga elemento na nakikita natin sa kalikasan.

Ang mga higanteng bituin ay may average na output ng enerhiya sa bawat yunit ng masa na mas malaki kaysa sa Araw. Gayunpaman, wala pa ring pangkalahatang tinatanggap na pananaw sa mga mapagkukunan ng enerhiya sa mga pulang higanteng bituin. Ang mga mapagkukunan ng enerhiya sa kanila at ang kanilang istraktura ay hindi pa malinaw sa amin, ngunit, tila, malapit na silang makilala. Ayon sa mga kalkulasyon ni V.V. Ang mga pulang higante ng Sobolev ay maaaring may parehong istraktura tulad ng mga mainit na higante at may parehong mga mapagkukunan ng enerhiya. Ngunit napapaligiran sila ng malalawak, manipis at malamig na kapaligiran, na nagbibigay sa kanila ng hitsura ng "malamig na higante."

Ang nuclei ng ilang mabibigat na atomo ay maaaring mabuo sa loob ng mga bituin sa pamamagitan ng pagsasama-sama ng mas magaan na mga atomo, at sa ilalim ng ilang mga kundisyon, kahit na sa kanilang mga atmospheres.

Ano ang pinagmumulan ng solar energy? Ano ang likas na katangian ng mga proseso kung saan ang napakalaking halaga ng enerhiya ay ginawa? Hanggang kailan magpapatuloy ang pagsikat ng araw?

Ang mga unang pagtatangka na sagutin ang mga tanong na ito ay ginawa ng mga astronomo noong kalagitnaan ng ika-19 na siglo, pagkatapos na bumalangkas ng mga pisiko ng batas ng konserbasyon ng enerhiya.

Iminungkahi ni Robert Mayer na ang Araw ay sumisikat dahil sa patuloy na pambobomba sa ibabaw ng mga meteorite at meteoric particle. Ang hypothesis na ito ay tinanggihan, dahil ang isang simpleng pagkalkula ay nagpapakita na upang mapanatili ang ningning ng Araw sa kasalukuyang antas, kinakailangan na ang 2 * 1015 kg ng meteoric matter ay mahulog dito bawat segundo. Sa paglipas ng isang taon, ito ay aabot sa 6*1022 kg, at sa buong buhay ng Araw, higit sa 5 bilyong taon – 3*1032 kg. Ang masa ng Araw ay M = 2*1030 kg, samakatuwid, sa loob ng limang bilyong taon, ang bagay ay 150 beses na mas malaki kaysa sa masa ng Araw na dapat na bumagsak sa Araw.

Ang pangalawang hypothesis ay ipinahayag nina Helmholtz at Kelvin din sa kalagitnaan ng ika-19 na siglo. Iminungkahi nila na ang Araw ay sumisikat dahil sa compression ng 60–70 metro taun-taon. Ang dahilan ng compression ay ang mutual attraction ng solar particles, kaya naman ang hypothesis na ito ay tinatawag na contraction. Kung gagawa tayo ng kalkulasyon ayon sa hypothesis na ito, kung gayon ang edad ng Araw ay hindi hihigit sa 20 milyong taon, na sumasalungat sa modernong data na nakuha mula sa pagsusuri ng radioactive decay ng mga elemento sa mga geological sample ng lupa ng Earth at ang lupa ng ang buwan.

Ang ikatlong hypothesis tungkol sa mga posibleng mapagkukunan ng solar energy ay ipinahayag ni James Jeans sa simula ng ikadalawampu siglo. Iminungkahi niya na ang kalaliman ng Araw ay naglalaman ng mabibigat na radioactive elements na kusang nabubulok at naglalabas ng enerhiya. Halimbawa, ang pagbabago ng uranium sa thorium at pagkatapos ay sa tingga ay sinamahan ng paglabas ng enerhiya. Ang kasunod na pagsusuri ng hypothesis na ito ay nagpakita rin ng hindi pagkakapare-pareho nito; ang isang bituin na binubuo lamang ng uranium ay hindi maglalabas ng sapat na enerhiya upang makagawa ng naobserbahang liwanag ng Araw. Bilang karagdagan, may mga bituin na ang ningning ay maraming beses na mas malaki kaysa sa ating bituin. Malamang na ang mga bituin na iyon ay magkakaroon din ng mas malaking reserba ng radioactive material.

Ang pinaka-malamang na hypothesis ay naging hypothesis ng synthesis ng mga elemento bilang resulta ng mga reaksyong nuklear sa bituka ng mga bituin.

Noong 1935, ipinalagay ni Hans Bethe na ang pinagmumulan ng solar energy ay maaaring ang thermonuclear reaction ng pag-convert ng hydrogen sa helium. Ito ay para dito na natanggap ni Bethe Nobel Prize noong 1967.

Ang kemikal na komposisyon ng Araw ay halos pareho sa karamihan ng iba pang mga bituin. Humigit-kumulang 75% ay hydrogen, 25% ay helium at mas mababa sa 1% ang lahat ng iba pang elemento ng kemikal (pangunahin ang carbon, oxygen, nitrogen, atbp.). Kaagad pagkatapos ng kapanganakan ng Uniberso, walang mga "mabigat" na elemento sa lahat. Lahat sila, i.e. Ang mga elementong mas mabigat kaysa sa helium, at kahit na maraming mga alpha particle, ay nabuo sa panahon ng "pagsunog" ng hydrogen sa mga bituin sa panahon ng thermonuclear fusion. Ang katangian ng buhay ng isang bituin tulad ng Araw ay sampung bilyong taon.

Ang pangunahing pinagmumulan ng enerhiya ay ang proton-proton cycle - isang napakabagal na reaksyon (karakteristikong oras 7.9 * 109 taon), dahil ito ay dahil sa mahinang pakikipag-ugnayan. Ang kakanyahan nito ay ang isang helium nucleus ay nabuo mula sa apat na proton. Sa kasong ito, ang isang pares ng positron at isang pares ng neutrino ay inilabas, pati na rin ang 26.7 MeV ng enerhiya. Ang bilang ng mga neutrino na ibinubuga ng Araw sa bawat segundo ay tinutukoy lamang ng liwanag ng Araw. Dahil 2 neutrino ang ipinanganak kapag 26.7 MeV ang inilabas, ang neutrino emission rate ay: 1.8*1038 neutrino/s.

Ang isang direktang pagsubok ng teoryang ito ay ang pagmamasid sa mga solar neutrino. Ang mga high-energy (boron) neutrino ay nakita sa mga eksperimento ng chlorine-argon (mga eksperimento sa Davis) at patuloy na nagpapakita ng kakulangan ng mga neutrino kumpara sa teoretikal na halaga para sa karaniwang modelo ng Araw. Ang mga low-energy neutrino na direktang nagmumula sa reaksyon ng pp ay naitala sa mga eksperimento ng gallium-germanium (GALLEX sa Gran Sasso (Italy - Germany) at SAGE sa Baksan (Russia - USA)); sila rin ay "nawawala".

Ayon sa ilang mga pagpapalagay, kung ang mga neutrino ay may rest mass na iba sa zero, ang mga oscillations (transformations) ng iba't ibang uri ng neutrino ay posible (ang Mikheev - Smirnov - Wolfenstein effect) (mayroong tatlong uri ng neutrino: electron, muon at tauon neutrinos) . kasi Dahil ang ibang mga neutrino ay may mas maliit na mga cross section para sa pakikipag-ugnayan sa bagay kaysa sa mga electron, ang naobserbahang deficit ay maaaring ipaliwanag nang hindi binabago ang karaniwang modelo ng Araw, na binuo batay sa buong set ng astronomical data.

Bawat segundo, ang Araw ay nagpoproseso ng humigit-kumulang 600 milyong tonelada ng hydrogen. Ang mga reserbang nuklear na gasolina ay tatagal ng isa pang limang bilyong taon, pagkatapos nito ay unti-unting magiging isang puting dwarf.

Ang mga gitnang bahagi ng Araw ay mag-iinit, umiinit, at ang init na inilipat sa panlabas na shell ay hahantong sa pagpapalawak nito sa napakalaking laki kumpara sa mga modernong: ang Araw ay lalawak nang labis na ito ay sumisipsip ng Mercury, Venus at uubusin " gasolina” isang daang beses na mas mabilis, kaysa sa kasalukuyan. Ito ay hahantong sa pagtaas ng laki ng Araw; ang ating bituin ay magiging isang pulang higante, ang laki nito ay maihahambing sa distansya mula sa Earth hanggang sa Araw! Ang buhay sa Earth ay mawawala o makakahanap ng kanlungan sa mga panlabas na planeta.

Siyempre, malalaman natin ang gayong kaganapan nang maaga, dahil ang paglipat sa isang bagong yugto ay tatagal ng humigit-kumulang 100-200 milyong taon. Kapag ang temperatura ng gitnang bahagi ng Araw ay umabot sa 100,000,000 K, ang helium ay magsisimula ring magsunog, na magiging mabibigat na elemento, at ang Araw ay papasok sa yugto ng kumplikadong mga siklo ng compression at pagpapalawak. Sa huling yugto, mawawala ang panlabas na shell ng ating bituin, ang gitnang core ay magkakaroon ng hindi kapani-paniwalang mataas na density at sukat, tulad ng sa Earth. Ilang bilyong taon pa ang lilipas, at ang Araw ay lalamig, na magiging isang puting dwarf.