Mengapa proses fusi matahari tidak mempercepat?

Apakah saya benar mengatakan bahwa proses fusi matahari adalah konstan, yaitu jumlah fusi X terjadi per hari, lebih atau kurang? Mengapa ini tidak mempercepat, yaitu satu peristiwa fusi menciptakan energi untuk dua peristiwa fusi, dll? Apakah setiap tabrakan atom menyebabkan peristiwa fusi, atau apakah probabilitas kecil untuk peristiwa fusi terjadi sehingga itu bukan reaksi lepas? Saya telah mendengar bahwa kemungkinan peristiwa fusi terjadi hanya 1 dalam 10 ¹² untuk setiap tabrakan.

the-sun stellar-astrophysics

— Kallie
sumber

Energi yang dihasilkan oleh fusi dalam inti hampir persis seimbang dengan energi yang hilang oleh difusi radiasi dari inti.

— Martin Bonner mendukung Monica

@ MartinBonner Saya setuju dengan ini - pertanyaan saya adalah apakah setiap tabrakan mengatasi penghalang coulomb atau hanya jumlah / persentase terbatas dan mengapa Anda tidak memiliki reaksi lari - yaitu lebih banyak energi lebih difusi

— Kallie

Proses fusi sensitif terhadap suhu. Karena bintang biasanya tinggal dalam keseimbangan hidrodinamik, suhunya tidak berubah, yaitu, laju fusi konstan.

— Kornpob Bhirombhakdi

Jika sekarang berada pada titik di mana ia melaju dengan cepat, kita tidak akan berada di sini untuk melihatnya. ;-) Jadi Anda dapat berasumsi sekarang adalah waktu di mana kecepatannya cukup dekat dengan keseimbangan

— R .. GitHub STOP HELPING ICE

Satu poin yang samar-samar disarankan dalam pertanyaan yang salah, yaitu bahwa harus ada hubungan langsung antara peristiwa fusi berturut-turut. Peristiwa fusi hanya berkontribusi pada energi panas umum, dan gerakan termallah yang menyebabkan peristiwa fusi; tidak seperti dalam fisi nuklir, peristiwa fusi tidak menghasilkan produk reaksi yang secara langsung memicu peristiwa fusi lainnya. Jadi satu-satunya pertanyaan yang tersisa adalah bagaimana produksi energi global dan hilangnya lingkungan seimbang.

— Marc van Leeuwen

Jawaban:

Apakah saya benar mengatakan bahwa proses fusi matahari adalah konstan, yaitu jumlah fusi X terjadi per hari, lebih atau kurang?

Ya, setidaknya dalam rentang waktu manusia. Anda bisa berharap tingkat fusi dalam matahari menjadi sama hari ini seperti beberapa ribu tahun yang lalu atau di masa depan, memberi atau mengambil sebagian kecil.

Mengapa ini tidak mempercepat, yaitu satu peristiwa fusi menciptakan energi untuk dua peristiwa fusi, dll?

Energi yang dilepaskan oleh fusi dengan cepat didistribusikan sebagai energi panas di pusat matahari, dan perbedaan suhu antara permukaan (sekitar 6000K) dan pusat (diperkirakan 15 juta K) mendorong aliran energi dari panas ke dingin.

Apakah setiap tabrakan atom menyebabkan peristiwa fusi, atau apakah probabilitas kecil untuk peristiwa fusi terjadi sehingga itu bukan reaksi pelarian?

Fusi di bawah sinar matahari bukanlah reaksi nuklir yang tak terkendali (seperti massa kritis uranium dalam reaksi fisi).

Secara teori dimungkinkan untuk memiliki peristiwa fusi pelarian, tetapi tekanan dan suhu agar hal ini terjadi tidak mendekati inti matahari. Untuk bintang-bintang stabil seperti matahari, gaya dan aliran energi berada dalam kesetimbangan - jika inti tumbuh sedikit lebih panas, maka tekanan akan meningkat dan bintang berkembang sedikit melawan gaya gravitasi untuk mengimbangi. Hal-hal menarik terjadi ketika bintang-bintang jatuh dari kesetimbangan dan penyalaan peleburan dapat terjadi dalam beberapa skenario .

Selain itu, titik ekuilibrium ini bergerak selama masa bintang ketika campuran unsur-unsurnya berubah karena fusi. Ini dapat diprediksi untuk banyak bintang dan membentuk dasar dari urutan bintang utama dalam diagram Hertzsprung-Russell

Saya telah mendengar bahwa kemungkinan peristiwa fusi terjadi hanya 1 dalam 10 ^ 12 untuk setiap tabrakan

Saya tidak tahu ketepatan itu, tetapi tampaknya masuk akal. Definisi "tabrakan" menjadi agak sewenang-wenang dalam lingkungan yang begitu padat. Jika Anda hanya memasukkan pendekatan yang cukup dekat untuk membuat kekuatan nuklir yang kuat mendominasi interaksi, rasionya bisa lebih tinggi.

Fakta lain yang saya temukan menarik di daerah yang sama adalah kepadatan daya dari fusi - yaitu Watt per meter kubik zat - di matahari kira-kira sama dengan yang ditemukan di tumpukan kompos yang khas . Ini adalah lingkungan yang sangat berbeda dengan bagian dalam eksperimen reaktor fusi atau bom fusi, yang memiliki kepadatan daya jauh lebih tinggi.

— Neil Slater
sumber

Kembali ke poin terakhir Anda, saya merasa menarik bahwa output kekuatan matahari yang besar memberi tahu kita lebih sedikit tentang kekuatan fusi, dan lebih banyak tentang seberapa besar matahari! Dan itu menunjukkan bahwa gagasan bahwa reaktor adalah "menciptakan kembali kekuatan matahari" adalah sesuatu yang tidak mencerahkan ... matahari melakukannya dengan cara yang mudah :-)

— SusanW

@ SusanW Anda juga bisa melihat kerapatan daya rendah sebagai demonstrasi betapa gravitasi gaya sangat lemah. Output daya kecil per volume itu cukup untuk menghentikan seluruh massa matahari agar tidak runtuh menjadi materi katai putih. Fusi bintang mampu menghasilkan energi sebanyak yang diperlukan untuk menghentikan keruntuhan (hingga titik tertentu, yaitu kepadatan lubang hitam), ditunjukkan oleh seberapa cepat bintang-bintang terbesar dapat mengkonsumsi hidrogen mereka, dan di ujung lain skala , berapa lama lagi yang terkecil dapat terus berjalan, dibandingkan dengan Matahari kita.

— hyde

@ SusanW Statistiknya agak tidak jujur, karena apa yang menghasilkan semua kekuatan itu hanyalah inti, yang membentuk kurang dari 1% dari volume matahari.

— Kubik

4 \times 10^{26} W

$4 \times 10^{26} W$

2 \times 10^{25} m^{3}

$2 \times 10^{25} m^3$

20 W m^{- 3}

$20 Wm^{-3}$

@NeilSlater Saya mungkin salah mengartikan pernyataan dalam kasus itu

— Cubic

Tidak, laju fusi Matahari tidak sepenuhnya konstan dalam waktu. Matahari berangsur-angsur menjadi lebih bercahaya dan luminositas disediakan untuk hampir secara eksklusif oleh fusi dalam inti. Namun, tingkat kenaikannya tidak besar, pesanannya 10% per miliar tahun.

$^3$

$10^{10}$ $3 \times 10^{-18}$ $^{-1}$ $v \simeq (3k_B T/m_p)^{1/2} = 600$ $15\times 10^{6}$ $n_p \sim 6 \times 10^{31}$ $^{-3}$ $\sigma \sim \pi (\hbar/mv)^2$ $n_p \sigma v \sim 10^{12}$ $^{-1}$

$3\times 10^{29}$

Jika laju fusi Matahari meningkat dengan cepat maka apa yang akan terjadi adalah bahwa Matahari akan mengembang, inti akan menjadi kurang padat dan laju fusi akan turun. Ini pada dasarnya bertindak sebagai termostat, menjaga Matahari pada suhu yang tepat untuk menopang bobotnya sendiri dan menyuplai luminositas yang muncul dari permukaannya.

— Rob Jeffries
sumber

Saya akan mengganti "proses fusi sangat tidak efisien" dengan beberapa cara lain untuk mengatakannya, karena "tidak efisien" menyiratkan energi yang terbuang, dan ternyata tidak. Maksud saya, bagi saya proses fusi sebenarnya sangat efisien , memungkinkan matahari tetap stabil selama milyaran tahun.

— hyde

Terlebih lagi, penjelasan yang biasa untuk mengapa fusi tidak hilang adalah tidak lengkap. Kisah sederhana yang tidak bisa menjadi cerita lengkap adalah bahwa jika fusi terjadi terlalu cepat, panas menumpuk dan menciptakan tekanan berlebih. Tekanan berlebih itu menyebabkan ekspansi, dan ekspansi memang berfungsi yang menurunkan suhu dan memanggil kembali fusi sampai cocok dengan laju pelepasan radiasi.

Alasan ini tidak lengkap adalah bahwa pekerjaan ekspansi tidak menyebabkan stabilitas jika itu terjadi hanya terhadap tekanan eksternal tetap, bahwa jumlah pekerjaan selalu tidak cukup untuk menstabilkannya (yang mengarah ke "shell flashes" di kemudian hari dalam kehidupan bintang) . Satu-satunya hal yang mampu menstabilkan fusi adalah pekerjaan tambahan melawan gravitasi , karena Anda dapat dengan mudah melihat dari bagaimana gravitasi dimasukkan dalam analisis semacam itu. Jadi harus menjadi penting bahwa pelarian lokal memiliki hasil bersih mengangkat gas dari pusat matahari, sehingga melakukan pekerjaan gravitasi - detail penting yang biasanya tidak dijelaskan. Memang, akan lebih adil untuk mengatakan bahwa fusi matahari distabilkan oleh kombinasi kerja ekspansi dan pengangkatan gravitasi.

— Ken G
sumber