Hvordan Forklar Nuclear Fusion in Our Sun

I slutten av det 19. århundre, en debatt brøt ut blant forskere over en alder av solen og forventede levetid. Fysikere av dagen kunne ikke forestille noen prosess i tillegg til gravitasjons sammentrekning eller kjemiske reaksjoner som ville gi opphav til solens energi --- og likevel disse prosessene vil gi en veldig kort tid for solen, et sted i titalls millioner av år. Geologer allerede visste Jorden må være eldre enn det. Det var ikke før oppdagelsen av kjernefysiske reaksjoner i det 20. århundre at puslespillet ble løst. Her er hvordan å forklare prosessen med kjernefysisk fusjon i solens kjerne til et publikum.

Bruksanvisning

1 Minn publikum at all materie er dannet av subenheter kalt atomer. Et atom består av en liten, ekstremt tett kjerne med protoner og nøytroner; protonene har positiv ladning og nøytroner har uten kostnad. Kjernen er omkranset av en stor elektron sky.

2 Bruke en metaforer for å forklare de relative størrelser av partikler i et atom. Hvis et atom var på størrelse med en baseball stadion, vil kjernen være omtrent på størrelse med en flue lander på pitcher hode. Det meste av plassen i et atom er okkupert av elektronskyen.

3 Forklar hva som skjer når materialet varmes opp. Først en solid vil smelte i en væske. Ved enda høyere temperaturer, vil væsken koke og danne en gass. Hvis du fortsetter å varme gassen til ekstremt høye temperaturer --- temperaturer som de inne i solen --- atomer i det vil bli ionisert og mister elektroner og danner en plasma.

4 Påpek at kjerner har positiv ladning og derfor vanligvis frastøte hverandre. For at de skal overvinne denne frastøting og kolliderer, er svært høy temperatur og trykk som er nødvendig. I løpet av de første årene av vår sol liv, gravitasjons sammentrekning gitt varmen som trengs for å kickstart en kjernefysisk fusjon prosessen.

5 Forklare at ved meget høye temperaturer, er hydrogenkjerner i en plasma reiser så fort at de noen ganger kan kollidere til tross for frastøting de opplever siden de begge er positivt ladet. Når de kolliderer, holder sterk interaksjon eller sterke kjernekraften (kraften som holder atomkjerner sammen) dem fast sammen til en ny og større kjerne. Den nye kjerne har en litt mindre masse enn den gamle, imidlertid, noe som betyr at en del av massen er blitt omdannet til energi.

6 Minn publikum av Einsteins berømte ligning E = mc-squared, der c er lysets hastighet, noe som er et meget stort antall. Ettersom m er multiplisert med kvadratet c, innebærer denne ligningen som massen kan omdannes til energi, og når denne omdannelsen finner sted, er en meget liten mengde av massen blir en meget stor energimengde.

7 Pause kort for dramatisk effekt, deretter bryte ned prosessen med fusjon i solen inn i selve trinnene som finner sted. Solen er mer enn 71 prosent hydrogen av masse, med en annen 27 prosent å være helium. Fusjons reaksjoner i solens kjerne bruke hydrogen som drivstoff. En hydrogenkjernen er bare en enslig proton uten nøytroner vedlagt.

8 Fortelle publikum at prosessen starter når to hydrogenkjerner sikring og produsere en kjerne av deuterium, en tyngre isotop av hydrogen som har en nøytron og ett proton. Som en av de to protoner endres til et nøytron, er et nøytrino og et positron kastet ut i prosessen. Et positron er antimaterie motstykket til et elektron, og når den kolliderer med et elektron de utslette hverandre, konvertere masse til energi. Et nøytrino er en elementærpartikkel som ikke har noen kostnad, samhandler svakt med andre saken og har en veldig liten masse.

9 Forklarer at en deuterium kjerne kan i sin tur sikring med hverandre hydrogen for å danne en lys heliumkjerne med en nøytronkilde og to protoner. Den liten forskjell i masse mellom den uavhengige deuterium og hydrogenkjerner og den resulterende helium kjernen omdannes til energi i form av elektromagnetisk stråling, nærmere bestemt en gammastråle.

10 Forklare at to av de lette heliumkjerner dannet gjennom denne prosessen kan nå sikring for å bli en kjerne av helium-4, som har to protoner og to nøytroner, mate to protoner (to hydrogenkjerner) i prosessen. Hele serien av hendelser som kalles "pp kjedereaksjon", og det er den prosessen som varmer kjernen av solen så den skinner og gir energi for oss her på jorden.

Hint

• Prøv å hjelpe publikum gjennom de vanskelige delene med tegninger eller bilder. Hvis du har en tavle, kan du tegne protoner, nøytroner og nøytrinoer i pp kjedereaksjon, og bruk pilene til å indikere hva som skjer med hver enkelt. Alternativt, hvis du har PowerPoint, kan du forberede lysbilder på forhånd og bruke noen mer fargerike bilder for å hjelpe publikum å forstå hva som skjer.