सूर्य की संलयन प्रक्रिया गति क्यों नहीं देती है?

Question

क्या मैं यह कहने में सही हूं कि सूर्य की संलयन प्रक्रिया स्थिर है, अर्थात संलयन की एक्स राशि प्रति दिन होती है, कम या ज्यादा? यह गति क्यों नहीं करता है, अर्थात एक संलयन घटना दो संलयन घटनाओं आदि के लिए ऊर्जा पैदा करती है? क्या परमाणु की प्रत्येक टक्कर एक संलयन घटना का कारण बनती है, या संलयन घटना के लिए संभावना छोटा है इस प्रकार यह एक भगोड़ा प्रतिक्रिया नहीं है? मैंने सुना है कि फ्यूजन घटना होने की संभावना हर टक्कर के लिए 10 ¹² में केवल 1 है ।

Comments

कोर से संलयन द्वारा ऊर्जा का उत्पादन कोर से विकिरण के प्रसार द्वारा खो ऊर्जा द्वारा लगभग संतुलित है।

— मार्टिन बोनर

@MartinBonner मैं इससे सहमत हूँ - मेरा सवाल यह है कि क्या हर टक्कर से कोरलम्ब बैरियर या केवल एक सीमित मात्रा / प्रतिशत पर काबू पाया जाता है और आपके पास रन रिएक्शन क्यों नहीं होता - यानी अधिक ऊर्जा अधिक प्रसार

— Kallie

संलयन प्रक्रिया तापमान संवेदनशील है। एक स्टार बनना आमतौर पर एक हाइड्रोडायनामिक संतुलन में रहता है, तापमान में बदलाव नहीं होता है, अर्थात, संलयन दर स्थिर है।

— कोर्नपोब भिरोमभकडी

यदि अब एक समय ऐसा था जब यह तेजी से बढ़ रहा था, तो हम इसे देखने के लिए यहां नहीं होंगे। ;-) इसलिए आप मान सकते हैं कि एक समय है जहाँ गति संतुलन के काफी करीब है

— R .. GitHub STOP HELPING ICE

एक बिंदु को अस्पष्ट रूप से उस प्रश्न में सुझाया गया है जो गलत है, अर्थात् क्रमिक संलयन घटनाओं के बीच सीधा संबंध होना चाहिए। एक संलयन घटना बस सामान्य थर्मल ऊर्जा में योगदान करती है, और यह थर्मल संचलन है जो संलयन घटनाओं का कारण बनता है; परमाणु विखंडन के विपरीत, एक संलयन घटना प्रतिक्रिया उत्पादों का उत्पादन नहीं करती है जो सीधे अन्य संलयन घटनाओं को उगलते हैं। इसलिए एकमात्र सवाल यह है कि विश्व स्तर पर ऊर्जा उत्पादन और पर्यावरण को नुकसान कैसे संतुलित है।

— मार्क वैन लीउवेन

Answer 1

क्या मैं यह कहने में सही हूं कि सूर्य की संलयन प्रक्रिया स्थिर है, अर्थात संलयन की एक्स राशि प्रति दिन होती है, कम या ज्यादा?

हां, कम से कम मानव काल पर। आप यथोचित अपेक्षा कर सकते हैं कि सूर्य के भीतर संलयन दर कुछ हजार साल पहले या भविष्य में भी वैसी ही हो, जैसा कि कुछ छोटे अंश देते हैं या लेते हैं।

यह गति क्यों नहीं करता है, अर्थात एक संलयन घटना दो संलयन घटनाओं आदि के लिए ऊर्जा पैदा करती है?

संलयन द्वारा जारी ऊर्जा को सूरज के केंद्र में थर्मल ऊर्जा के रूप में जल्दी से वितरित किया जाता है, और सतह (लगभग 6000K) और केंद्र (अनुमानित 15 मिलियन K) के बीच तापमान अंतर गर्म से ठंड तक ऊर्जा प्रवाह को संचालित करता है।

क्या परमाणु की प्रत्येक टक्कर एक संलयन घटना का कारण बनती है, या संलयन घटना के लिए प्रायिकता छोटा है इस प्रकार यह एक भगोड़ा प्रतिक्रिया नहीं है?

सूरज में संलयन एक भगोड़ा परमाणु प्रतिक्रिया नहीं है (जैसे विखंडन प्रतिक्रिया में यूरेनियम का एक महत्वपूर्ण द्रव्यमान)।

भागदौड़ वाली संलयन घटनाओं का सिद्धांत में संभव है, लेकिन ऐसा होने के लिए दबाव और तापमान सूर्य के मूल में नहीं आते हैं। सूर्य जैसे स्थिर सितारों के लिए, बल और ऊर्जा प्रवाह संतुलन में हैं - यदि कोर थोड़ा गर्म हो गया, तो दबाव बढ़ेगा और क्षतिपूर्ति करने के लिए तारा गुरुत्वाकर्षण बल के मुकाबले थोड़ा विस्तार करेगा। दिलचस्प चीजें तब होती हैं जब सितारे संतुलन से बाहर हो जाते हैं और कुछ परिदृश्यों में भगोड़ा संलयन इग्निशन हो सकता है ।

इसके अलावा, यह संतुलन बिंदु किसी तारे के जीवनकाल के दौरान चलता है क्योंकि फ्यूजन के कारण इसके तत्वों का मिश्रण बदल जाता है। यह कई सितारों के लिए अनुमानित है और हर्ट्ज़स्प्रंग-रसेल आरेख में मुख्य अनुक्रम सितारों के आधार बनाता है

मैंने सुना है कि फ़्यूज़न घटना होने की संभावना हर टक्कर के लिए 10 ^ 12 में केवल 1 है

मैं उस की सटीकता नहीं जानता, लेकिन यह उचित लगता है। इस तरह के गर्म घने वातावरण में "टक्कर" की परिभाषा कुछ हद तक मनमानी हो जाती है। यदि आप मजबूत परमाणु बल को बातचीत में हावी बनाने के लिए केवल नज़दीकी दृष्टिकोण को शामिल करते हैं, तो अनुपात अधिक हो सकता है।

एक और तथ्य जो मुझे उसी क्षेत्र में दिलचस्प लगा वह यह है कि संलयन से शक्ति का घनत्व - यानी वाट्स प्रति घन मीटर पदार्थ - सूर्य में लगभग वैसा ही है जैसा कि एक सामान्य खाद के ढेर में पाया जाता है । यह फ्यूजन रिएक्टर प्रयोग या फ्यूजन बम के अंदर एक बहुत अलग वातावरण है, जिसमें बहुत अधिक शक्ति घनत्व है।

Comments

अपने अंतिम बिंदु को पुनः प्राप्त करें, मुझे यह आकर्षक लगता है कि सूरज की शक्तिशाली शक्ति आउटपुट हमें संलयन की शक्ति के बारे में कम बताती है, और सिर्फ इस बारे में कि सूरज कितना बड़ा है! और यह दर्शाता है कि यह विचार है कि एक रिएक्टर "सूर्य की शक्ति को फिर से बना रहा है" एक प्रकार का प्रकाश है ... सूरज इसे आसान तरीके से कर रहा है :-)

— सुसैनव

@ SusanW आप कम शक्ति घनत्व को सिर्फ एक प्रदर्शन के रूप में देख सकते हैं कि गुरुत्वाकर्षण बहुत कमजोर है। प्रति वॉल्यूम छोटा बिजली उत्पादन सूरज के पूरे द्रव्यमान को सफ़ेद बौने पदार्थ से टकराने से रोकने के लिए पर्याप्त है। तारकीय संलयन पतन को रोकने के लिए जितनी आवश्यकता होती है उतनी ऊर्जा पैदा करने में सक्षम होता है (एक बिंदु तक, यानी ब्लैक होल घनत्व), यह प्रदर्शित किया जाता है कि सबसे बड़े तारे अपने हाइड्रोजन का कितनी तेजी से उपभोग कर सकते हैं, और पैमाने के दूसरे छोर पर। , हमारे सूर्य की तुलना में सबसे छोटी अब कितनी देर तक चल सकती है।

— हाइड

@SusanW आँकड़ा थोड़ा असभ्य है, क्योंकि जो कुछ पैदा हो रहा है, वह शक्ति सिर्फ कोर है, जो सूर्यों की मात्रा का 1% से भी कम करता है।

— घन

@ क्यूबिक: हालांकि कोर की शक्ति घनत्व है , कम से कम जहां तक ​​मैं बता सकता हूं। कुल शक्ति ~$4 \times 10^{26} W$, कोर की कुल मात्रा ~$2 \times 10^{25} m^3$। बिजली घनत्व ~$20 Wm^{-3}$। हालांकि मुझे विकिपीडिया की तुलना में कहीं न कहीं परिमाण का एक क्रम खोना प्रतीत होता है। । । मैं सूरज की कुल उद्धृत शक्ति के साथ शुरू कर रहा हूं। । । :-)

— नील स्लेटर

@NeilSlater मैं उस मामले में बयान का गलत अर्थ लगा सकता हूं

— घन

Answer 2

नहीं, सूर्य की संलयन दर समय में बिल्कुल स्थिर नहीं है। सूर्य धीरे-धीरे अधिक चमकदार होता जा रहा है और कोर में संलयन द्वारा प्रकाश को लगभग विशिष्ट रूप से प्रदान किया जाता है। हालांकि, वृद्धि की दर बड़ी नहीं है, आदेश प्रति अरब वर्षों में 10% है।

संलयन प्रक्रिया अत्यंत धीमी है (और प्रति यूनिट आयतन के लिए ऊर्जा की रिहाई के मामले में अक्षम) - सूर्य केवल 250 W / m जारी करता है$^3$यह कोर में है। इसका कारण यह है कि संलयन की घटनाएँ बहुत ही कम होती हैं, इसके लिए दो प्रोटॉन की आवश्यकता होती है जो उनके बीच कूलम्ब बाधा को दूर करने के लिए और प्रोटॉन में से एक के लिए बीटा-क्षय को एक न्यूट्रॉन में उलटा कर दे ताकि एक ड्यूटेरियम नाभिक का निर्माण हो सके।

कोर में इस प्रक्रिया के खिलाफ एक प्रोटॉन का औसत जीवनकाल है $10^{10}$ वर्ष (सूर्य का जीवनकाल), जिसका अर्थ प्रति प्रोटॉन संलयन दर के बारे में है $3 \times 10^{-18}$ रों$^{-1}$। हम इसकी तुलना औसत थर्मल गति मानकर प्रोटॉन के बीच टकराव की दर से कर सकते हैं$v \simeq (3k_B T/m_p)^{1/2} = 600$ के मुख्य तापमान के लिए किमी / से $15\times 10^{6}$ k, एक प्रोटॉन संख्या घनत्व $n_p \sim 6 \times 10^{31}$ म$^{-3}$ कोर में और एक टकराव का क्रॉस-सेक्शन $\sigma \sim \pi (\hbar/mv)^2$, जहां कोष्ठक में पद घटा डी ब्रोगली तरंग दैर्ध्य है। इन चीजों को एक साथ रखना, टकराव की दर है$n_p \sigma v \sim 10^{12}$ रों$^{-1}$।

इस प्रकार दो दरों की तुलना करने पर, हम यह निष्कर्ष निकाल सकते हैं कि केवल 1 के बारे में $3\times 10^{29}$ संलयन संलयन के साथ समाप्त होता है।

यदि सूर्य की संलयन दर तेजी से बढ़ती है तो क्या होगा कि सूर्य का विस्तार होगा, कोर कम घना हो जाएगा और संलयन दर गिर जाएगी। यह मूल रूप से थर्मोस्टैट के रूप में कार्य करता है, सूर्य को अपने स्वयं के वजन का समर्थन करने और इसकी सतह पर उभरने वाले प्रकाश की आपूर्ति करने के लिए बिल्कुल सही तापमान पर रखता है।

Comments

मैं "फ्यूजन प्रक्रिया बेहद अक्षम है" के स्थान पर इसे कहने के किसी अन्य तरीके से प्रतिस्थापित किया जाएगा, क्योंकि "अक्षम" का अर्थ है कि ऊर्जा बर्बाद होती है, और यह नहीं है। मेरा मतलब है, मेरे लिए संलयन प्रक्रिया वास्तव में बेहद कुशल है , जिससे सूरज अरबों वर्षों तक स्थिर रह सकता है।

— हाइड

Answer 3

क्या अधिक है, संलयन क्यों नहीं चलता इसके लिए सामान्य स्पष्टीकरण अधूरा है। साधारण कहानी जो पूर्ण कहानी नहीं हो सकती है वह यह है कि यदि संलयन बहुत तेजी से होता है, तो ऊष्मा का निर्माण होता है और अतिवृष्टि पैदा होती है। यह ओवरस्पीचर विस्तार का कारण बनता है, और विस्तार वह काम करता है जो तापमान को कम करता है और जब तक यह विकिरण से बचने की दर से मेल नहीं खाता है तब तक संलयन नीचे डायल करता है।

यह अपूर्ण होने का कारण यह है कि विस्तार कार्य स्थिरता को प्रेरित नहीं करता है यदि यह केवल एक निश्चित बाहरी दबाव के खिलाफ होता है, तो काम की मात्रा हमेशा इसे स्थिर करने के लिए अपर्याप्त होती है (जो बाद में एक स्टार के जीवन में "शेल चमक" की ओर जाता है) । केवल एक चीज जो संलयन को स्थिर करने में सक्षम है , गुरुत्वाकर्षण के खिलाफ अतिरिक्त काम है , जैसा कि आप आसानी से देख सकते हैं कि इस तरह के किसी भी विश्लेषण में गुरुत्वाकर्षण कैसे शामिल होता है। इसलिए यह महत्वपूर्ण होना चाहिए कि एक स्थानीय भगोड़ा में सौर केंद्र से दूर गैस को उठाने का शुद्ध परिणाम होता है, जिससे गुरुत्वाकर्षण का काम होता है - सामान्य रूप से स्पष्टीकरण से बचे एक महत्वपूर्ण विवरण। वास्तव में, यह कहना अधिक उचित होगा कि सौर संलयन को विस्तार कार्य और गुरुत्वाकर्षण उठाने के संयोजन द्वारा स्थिर किया जाता है ।