Термоядерная реакция. Звезды и источники их энергии.

Термоядерные реакции, ядерные реакции между лёгкими атомными ядрами, протекающие при очень высоких температурах (порядка 10⁷ К и выше). Высокие температуры, то есть достаточно большие относительные энергии сталкивающихся ядер, необходимы для преодоления электростатического барьера, обусловленного взаимным отталкиванием ядер (как одноимённо заряженных частиц). Без этого невозможно сближение ядер на расстояние порядка радиуса действия ядерных сил, а следовательно, и «перестройка» ядер, происходящая при Т. р. Поэтому Т. р. в природных условиях протекают лишь в недрах звёзд, а для их осуществления на Земле необходимо сильно разогреть вещество ядерным взрывом, мощным газовым разрядом, гигантским импульсом лазерного излучения или бомбардировкой интенсивным пучком частиц.

Термоядерная реакция, протекающая в недрах Солнца

+  = +

Известно, что ядро атома водорода представляет собой протон р. Такого водорода очень много в природе – в воздухе и в воде. Кроме этого существуют более тяжелые изотопы водорода. Ядро одного из них содержит, кроме протона р, еще и нейтрон n. Называется этот изотоп дейтерием D. Ядро другого изотопа содержит, кроме протона р два нейтрона n и называется тритерием (тритием) Т. Термоядерные реакции наиболее эффективно происходят при сверхвысоких температурах порядка 107 – 109 К. При термоядерных реакциях выделяется очень большая энергия, превышающая энергию, которая выделяется при делении тяжелых ядер. В реакции синтеза выделяется энергия, которая в расчете на 1кг вещества значительно больше энергии, выделяющейся в реакции деления урана.

Термоядерные реакции происходят на Солнце и звездах и являются источником энергии, обеспечивающим их излучение. Ежесекундно Солнце излучает энергию3,8•1026Дж, что соответствует уменьшению его массы на 4,3 млн. тонн. Удельное выделение энергии Солнца, т.е. выделение энергии, приходящееся на единицу массы Солнца в одну секунду, равно 1,9•10-4Дж/с•кг. Оно весьма мало и составляет около 10-3 % от удельного выделения энергии в живом организме в процессе обмена веществ. Мощность излучения Солнца практически не изменилась за много миллиардов лет существования Солнечной системы.

Один из путей протекания термоядерных реакций на Солнце – углеродно-азотный цикл, в котором соединение ядер водорода в ядро гелия облегчается в присутствии ядер углерода играющих роль катализаторов. В начале цикла быстрый протон проникает в ядро атома углерода и образует неустойчивое ядро изотопа азота с излучением γ-кванта.

 

Билет №30

Солнечная система. Звёзды и источники их энергии. Галактика

Солнечная система состоит из центрального тела – это звезда Солнце; 8 планет: Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун; малых тел солнечной системы: пояса астероидов, комет.

Основное свойство всех тел солнечной системы: тела совершают движение по орбитам, в центре которых расположено Солнце. Причиной такого движения является закон гравитации.

    Галактика – это система звезд,  звездных скоплений и межзвездного вещества, по форме она напоминает линзу: в поперечных размерах галактика равна 100 тысяч световых лет, в толщину- - около 12 световых лет.

Центр Галактики – это скопление массивных звезд.

Солнце – большой и массивный плазменный (плазма – ионизированный газ) шар, являющийся динамическим центром солнечной системы и источником света и тепла в ней. Состав Солнца: 70% - водород, 29% - гелий, 1% -  другие элементы.

Источник энергии – термоядерные реакции слияния легких ядер водорода в гелий. Температура Солнца на поверхности 6000⁰ С.

Диаметр Солнца 1400000 км Солнце. Орбита земли. Земному наблюдателю солнце представиться в виде диска с резко отчерченным краем (лимбом). Видимый диаметр Солнца меняется в течение года от 32°35" до 31°31". Происходит это потому, что земля вращается вокруг Солнца не по кругу, а по вытянутому овалу – эллипсу то, удаляясь, то, приближаясь к нему (рис. слева). Наблюдение отдельных деталей на поверхности Солнца и измерение смещений спектральных линий на самом краю лимба говорят о вращении солнечного вещества вокруг оси. Как и на земле на Солнце есть экватор – плоскость, проходящая через центр Солнца и перпендикулярная оси его вращения. Он находиться под углом 7º15´ по отношению к плоскости эклиптики (эклиптика – годовой путь солнца по небесной сфере).

Вращение Солнца. Вращение солнца обладает одной замечательной особенностью – его угловая скорость убывает с удалением от экватора. То есть различные пояса солнца вращаются с различной скоростью, быстрее всего солнце вращается у экватора (один оборот за 27 суток), а медленнее всего у полюсов (один оборот за 32 суток). Следует отметить, что выше речь шла о той скорости вращения, которую мы видим с Земли – сидерический период, но так как наша планета двигается в космическом пространстве по своей орбите вокруг солнца вращение последнего кажется нам несколько замедленным, а истинное значение периода вращения Солнца относительно звезд (синодический период) составляет у экватора 25суток, у полюсов 30 суток. Так как Солнце вращается с различными скоростями, мы не можем связать систему гелиографических координат со всеми точками его поверхности. Условно гелиографические меридианы связывают с точками, имеющими широты ±16º. Для этой широты сидерический период составляет 25,38 суток, а синодический 27,38 суток.

Расположение Солнца в нашей галактике – Млечный путь. В окрестностях Солнца удается проследить участки двух спиральных ветвей, удаленных от нас примерно на 3 000 световых лет. По созвездиям, где обнаруживаются эти участки, их, называют рукавом Стрельца и рукавом Персея. Солнце находится почти посередине между этими спиральными ветвями. Правда, сравнительно близко (по галактическим меркам) от нас, в созвездии Ориона, проходит еще одно, не столь явно выраженная ветвь, считающаяся ответвлением одного из основных спиральных рукавов Галактики. Расстояние от Солнца до центра Галактики составляет 23 – 28 тысяч световых лет, что составляет примерно 7 – 9 тысяч парсек. Это говорит о том, что Солнце располагается между центром и краем диска Галактики. Вместе со всеми близкими звездами Солнце вращается вокруг центра Галактики со скоростью 200 – 220 километров в секунду, совершая один оборот примерно за 200 миллионов лет. Значит, за все время своего существования Земля облетела вокруг центра Галактики не более 30 раз. Скорость вращения Солнца вокруг центра Галактики практически совпадает с той скоростью, с которой в данном районе движется волна уплотнения, формирующая спиральный рукав. Такая ситуация в общем неординарна для Галактики: спиральные ветви вращаются с постоянной угловой скоростью, как спицы колеса, а движение звезд подчиняется совершенно иной закономерности. Поэтому почти все звездное население диска то попадает внутрь спиральных ветвей, то выходит из них. Единственное место, где скорости звезд и рукавов совпадают, – это так называемая коротационная окружность. Именно вблизи нее и располагается Солнце. Для Земли это обстоятельство крайне благоприятно. Ведь в спиральных ветвях происходят бурные процессы, порождающие мощное излучение, губительное для всего живого. И никакая атмосфера не могла бы от него защитить. Но наша планета существует в относительно спокойном месте Галактики и в течении сотен миллионов и миллиардов лет не испытывала катастрофического влияния космических катаклизмов. Может быть, именно поэтому на Земле могла сохраниться жизнь. Долгое время положение Солнца среди звезд считалось самым заурядным. Сегодня мы знаем, что это не так: в известном смысле оно привилегированное. И это нужно учитывать, рассуждая о возможности существования жизни в других частях нашей Галактики. Солнце (и Солнечная система) движется со скоростью 20 км/св направлении к границе созвездий Лиры и Геркулеса. Это объясняется местным движением внутри ближайших звезд. Эта точка называется апексом движения Солнца, ее координаты α ≈ 18h, δ ≈ +30°. Точка на небесной сфере, противоположная апексу, называется антиапекс. В этой точке пересекаются направления собственных скоростей ближайших к Солнцу звезд. Движения ближайших к Солнцу звезд происходят с небольшой скоростью, это не мешает им участвовать в обращении вокруг галактического центра. Солнечная система участвует во вращении вокруг центра Галактики со скоростью около 220 км/с. Это движение происходит в направлении созвездия Лебедя. Период обращения Солнца вокруг галактического центра около 220 млн. лет.

Используемая литература:

 

1. Богданов К.ЮФизика. Учебник. 11 класс, 2010 г.

Буховцев Борис Борисович, Мякишев Геннадий Яковлевич, Чаругин Виктор Максимович

Генденштейн Л.Э., Дик Ю.И.

2. Замятин Ю.С., Кадменский С.Г., Фурман В.И. и др. Кластерная радиоактивность - достижения и перспективы // Физика элементар. частиц и атом.ядра. 1990. Т. 21, вып. 2. С. 537-594.

3. Кабардин О.Ф. и др. Углубленное изучение физики в 10-11 кл.

4. Кадменский С.Г., Бугров В.П. Протонный распад и форма нейтронодефицитных ядер // Ядер, физика. 1996. Т. 59. С. 424-427.

5.Кадменский С.Г., Фурман В.И Касьянов В.А.Альфа-распад и родственные ядерные реакции. М.: Энергоатомиздат, 1985.

5. Мякишев Г.Я. и др. Физика. 10 кл.

6. Мякишев Г.Я., Буховцев Б.Б. Физика. 11 кл.

Мякишев Г.Я., Буховцев Б.Б., Сотский Н.Н.

Пурышева Н.С., Важеевская Н.Е., Исаев Д.А.

Тихомирова С.А., Яворский Б.М.

Тихомирова Светлана Анатольевна, Яворский Борис Михайлович

7. Физика. 11 класс. Базовый уровень. Учебник. Вертикаль. ФГОС, 2014 г.

8. Физика. 11 класс. Учебник для общеобразовательных учреждений с приложением на электронном носителе: базовый и профильный уровни. Гриф МО РФ, 2014 г.

9. Физика. 11 класс. Учебник. Базовый и профильный уровни. ФГОС, 2014 г.

10. Физика. 11 класс. Учебник. Базовый уровень. Вертикаль. ФГОС, 2014 г.

11. Физика. 11 класс. Учебник. Базовый уровень. ФГОС, 2013 г.

12. Физика. 11 класс. Учебник. В 3-х частях. Базовый и углубленный уровни. ФГОС, 2014 г.

Физика. Колебания и волны. Учебник (углубленное изучение). 11 класс, 2012 г.

13. Физика. Учебник (базовый уровень). 11 класс, 2012 г.

14. Широков Ю.М., Юдин Н.П. Ядерная физика. М.: Наука,2012.

ИНТЕРНЕТ – РЕСУРСЫ:

1.http://energetika.in.ua/ru/books/book-2/part-4/section-16/16-7

2. http://class-fizika.narod.ru/at13.htm

3.http://doc4web.ru/fizika/yadernie-reakcii-delenie-yadra-urana-cepnaya-yadernaya-reakciya.html

4.lektsiopedia. org –Лекциопедия -2-13 год

5. fizika9kl.pm298.ru ›g3_u3.htm

6.femto.com.ua ›articles/part_2/3836.html

7.BestReferat.ru ›referat-28156.html

8. studyport.ru ›Точныенауки ›…i-spektralnyiy-analiz-v…

9.physics-lectures.ru

10 physics-lectures.ru ›category/elektrostatika/

11. ph4s.ru ›Lekc_ob_ph_2.html

12. window.edu.ru ›Механика ›