Perché il processo di fusione del sole non accelera?

Ho ragione nel dire che il processo di fusione del sole è costante, cioè una quantità X di fusione al giorno, più o meno? Perché questo non accelera, ovvero un evento di fusione crea energia per due eventi di fusione, ecc.? Ogni collisione di atomo provoca un evento di fusione o la probabilità che si verifichi un evento di fusione è piccola, quindi non è una reazione in fuga? Ho sentito che la probabilità che si verifichi un evento di fusione è solo 1 su 10 ¹² per ogni collisione.

the-sun stellar-astrophysics

— Kallie
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L'energia prodotta dalla fusione nel nucleo è quasi esattamente bilanciata dall'energia persa dalla diffusione della radiazione dal nucleo.

— Martin Bonner sostiene Monica

@MartinBonner Sono d'accordo con questo - la mia domanda è che ogni collisione supera la barriera coulomb o solo una quantità / percentuale limitata e perché non hai una reazione di fuga - cioè più energia più diffusione

— Kallie

Il processo di fusione è sensibile alla temperatura. Poiché una stella si trova generalmente in un equilibrio idrodinamico, la temperatura non cambia, ovvero la velocità di fusione è costante.

— Kornpob Bhirombhakdi,

Se ora fosse in un momento in cui si stava accelerando rapidamente, non saremmo qui per vederlo. ;-) Quindi puoi presumere che ora sia un momento in cui la velocità è abbastanza vicina all'equilibrio

— R .. GitHub FERMA AIUTANDO ICE

Un punto è vagamente suggerito nella domanda che è sbagliata, vale a dire che dovrebbe esserci una relazione diretta tra eventi di fusione successivi. Un evento di fusione contribuisce semplicemente all'energia termica generale ed è il movimento termico che causa eventi di fusione; diversamente dalla fissione nucleare, un evento di fusione non produce prodotti di reazione che innescano direttamente altri eventi di fusione. Quindi l'unica domanda che rimane è come la produzione globale di energia e la perdita per l'ambiente sono bilanciate.

— Marc van Leeuwen,

Risposte:

Ho ragione nel dire che il processo di fusione del sole è costante, cioè una quantità X di fusione al giorno, più o meno?

Sì, almeno per i tempi umani. Ci si potrebbe ragionevolmente aspettare che la velocità di fusione all'interno del sole sia la stessa oggi di qualche migliaio di anni fa o nel futuro, dare o prendere una piccola frazione.

Perché questo non accelera, ovvero un evento di fusione crea energia per due eventi di fusione, ecc.?

L'energia rilasciata dalla fusione viene rapidamente distribuita come energia termica al centro del sole e la differenza di temperatura tra la superficie (circa 6000 K) e il centro (stimato 15 milioni K) determina un flusso di energia da caldo a freddo.

Ogni collisione di atomo provoca un evento di fusione o la probabilità che si verifichi un evento di fusione è piccola, quindi non è una reazione in fuga?

La fusione al sole non è una reazione nucleare in fuga (come una massa critica di uranio in una reazione di fissione).

In teoria è possibile avere eventi di fusione in fuga, ma la pressione e la temperatura perché ciò avvenga non vengono avvicinate al nucleo del sole. Per stelle stabili come il sole, le forze e i flussi di energia sono in equilibrio: se il nucleo diventasse leggermente più caldo, la pressione aumenterebbe e la stella si espanderebbe leggermente contro la forza di gravità per compensare. Cose interessanti accadono quando le stelle cadono fuori equilibrio e in alcuni scenari può verificarsi l'accensione per fusione in fuga .

Inoltre, questo punto di equilibrio si sposta durante la vita di una stella mentre il suo mix di elementi cambia a causa della fusione. Ciò è prevedibile per molte stelle e costituisce la base delle stelle della sequenza principale nel diagramma Hertzsprung-Russell

Ho sentito che la probabilità che si verifichi un evento di fusione è solo 1 su 10 ^ 12 per ogni collisione

Non ne conosco la precisione, ma sembra ragionevole. La definizione di "collisione" diventa in qualche modo arbitraria in un ambiente così caldo e denso. Se includi solo approcci abbastanza vicini da far sì che la forza nucleare forte domini l'interazione, il rapporto potrebbe essere più alto.

Un altro fatto che ho trovato interessante nella stessa area è che la densità di potenza dalla fusione - ovvero i Watt per metro cubo di sostanza - nel sole è all'incirca la stessa di quella che si trova in un tipico mucchio di compost . È un ambiente molto diverso all'interno di un esperimento di un reattore a fusione o di una bomba a fusione, che hanno densità di potenza molto più elevate.

— Neil Slater
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Per quanto riguarda il tuo ultimo punto, trovo affascinante il fatto che la potente potenza del sole ci dica meno sul potere della fusione, e più su quanto sia grande il sole! E mostra che l'idea che un reattore stia "ricreando la potenza del sole" è una specie di non illuminante ... il sole lo sta facendo in modo semplice :-)

— SusanW,

@SusanW Potresti anche vedere la bassa densità di potenza come una dimostrazione di quanto sia molto debole la forza di gravità. Quella piccola potenza in uscita per volume è sufficiente a impedire che l'intera massa del sole collassi sulla materia nana bianca. La fusione stellare è in grado di produrre quanta energia è necessaria per fermare il collasso (fino a un certo punto, cioè la densità del buco nero), dimostrato da quanto più velocemente le stelle più grandi possono consumare il loro idrogeno e dall'altra parte della scala , per quanto tempo il più piccolo può continuare ad andare, rispetto al nostro Sole.

— hyde

@SusanW La statistica è un po 'disgustosa, perché ciò che produce tutto quel potere è solo il nocciolo, che costituisce meno dell'1% del volume dei soli.

— Cubico

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 Potrei aver frainteso la dichiarazione in quel caso

— Cubic

No, la velocità di fusione del Sole non è assolutamente costante nel tempo. Il Sole sta gradualmente diventando più luminoso e quella luminosità è fornita quasi esclusivamente dalla fusione nel nucleo. Tuttavia, il tasso di aumento non è elevato, dell'ordine del 10% per miliardo di anni.

$^3$

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

$3\times 10^{29}$

Se la velocità di fusione del Sole aumentasse rapidamente, ciò che accadrebbe è che il Sole si espanderebbe, il nucleo diventerebbe meno denso e la velocità di fusione diminuirebbe. Fondamentalmente questo funge da termostato, mantenendo il Sole alla giusta temperatura per sostenere il proprio peso e fornire la luminosità che emerge dalla sua superficie.

— Rob Jeffries
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Sostituirei "il processo di fusione è estremamente inefficiente" con qualche altro modo di dirlo, perché "inefficiente" implica che l'energia è sprecata e non lo è. Voglio dire, per me il processo di fusione è in realtà estremamente efficiente , permettendo al sole di rimanere stabile per miliardi di anni.

— hyde

Inoltre, la solita spiegazione del perché la fusione non fugge è incompleta. La semplice storia che non può essere la storia completa è che se la fusione avviene troppo velocemente, il calore si accumula e crea una sovrapressione. Quella sovrapressione provoca l'espansione e l'espansione funziona, il che abbassa la temperatura e riduce la fusione fino a quando non corrisponde alla velocità di fuga radiativa.

La ragione per cui questo è incompleto è che il lavoro di espansione non induce stabilità se si verifica solo contro una pressione esterna fissa, che la quantità di lavoro è sempre insufficiente per stabilizzarla (il che porta a "lampi di conchiglia" più avanti nella vita di una stella) . L'unica cosa che è in grado di stabilizzare la fusione è il lavoro aggiuntivo contro la gravità , come puoi facilmente vedere da come la gravità viene inclusa in tale analisi. Quindi deve essere importante che una fuga locale abbia il risultato netto di sollevare gas dal centro solare, facendo così un lavoro gravitazionale - un dettaglio importante normalmente lasciato fuori dalle spiegazioni. In effetti, sarebbe più giusto dire che la fusione solare è stabilizzata da una combinazione di lavori di espansione e sollevamento gravitazionale.

— Ken G
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