همجوشی هسته ای درون خورشید

منبع انرژی خورشید چیست؟ (4)

در مقاله قبلی مرحله اول از واکنشهای هسته ای درون خورشید را شناختیم.

مرحله ی دوم واکنش همجوشی هسته ای

مرحله ی اول واکنش همجوشی بسیار بیشتر از مرحله ی بعدی طول می کشد: حدود 10¹⁸ برابر بیشتر، در نتیجه تمام زنجیره ی واکنش کند تر خواهد بود. اگر این طور نبود، ستارگان و خورشید سالیان سال پیش همگی منفجر می شدند.

نوترونها، بعد از واکنش کندی که آنها را تولید کرد، می توانند سریعا با پروتونها ترکیب شوند و دوتریوم، یک ایزوتوپ سنگین تر هیدروژن، را بسازند. دوتریوم به سرعت با یک پروتون دیگر واکنش داده و ایزوتوپ سبک هلیوم تولید می کند. این ایزوتوپ خود با یک ایزوتوپ هلیوم دیگر که در همان نزدیکی ها تولید شده است، واکنش داده و در نهایت هسته ی هلیوم معمولی را می سازد.

بمب هیدروژنی از همان واکنشهایی که در خورشید روی می دهد، استفاده می کند با این تفاوت که در بمب هیدروژنی واکنش توسط ایزوتوپهای سنگین تر هیدروژن شروع می شود و بطور انفجاری پیش می رود. برای تولید دمای بالای مورد نیاز، یک بمب هسته ای اورانیومی، بعنوان چاشنی استفاده می شود.

جایزه ی نوبل سال 1967 در فیزیک به یک آلمانی به نام هانس آلبرخت بیته  (1906- 2005) بخاطر سهمی که وی در تئوری تولید انرژی در ستارگان داشت اعطا گردید.

یک نکته ی قابل توجه در مورد نیروی هسته ای قوی این است که این نیرو به اندازه ای نیست که بتواند دو پروتون را در کنار هم بچسباند. برای اینکه چنین چیزی اتفاق بیوفتد، یک نوترون اضافی نیز نیاز است تا در نیروی هسته ای شرکت کند. این بدان معنی است که ایزوتوپ سبک هلیوم (³He) پایدار است ولی ایزوتوپ سبکتر آن (²He) در طبیعت وجود ندارد. این باعث خوشحالی است چون اگر چنین نبود، سرعت واکنشهای همجوشی  در یک ستاره برای دستیابی به یک نوترون، کند نمی شد. چیزی که قابل توجه است، این است که اگر نیروی هسته ای فقط 4 درصد قویتر بود، ²He پایدار می شد و واکنشهای درون خورشید به این شکل امروزی روی نمی داد و در نتیجه، دیگر شما وجود نداشتید که چنین چیزی را بخوانید! مثالهای زیادی در طبیعت وجود دارد که اگر یک  کمیت بنیادی فیزیکی، فقط دارای مقداری، کمی متفاوت با مقداری که اکنون دارد، بود، جهان ما بگونه ای دیگر می بود. آنقدر متفاوت که داستانی که برای شما گفته ام اتفاق نمی افتاد. شاید این تنظیمهای فوق العاده دقیق، نتیجه ی قوانین پایه ای تری باشند که بشر هنوز به آنها دست نیافته است. ولی به هر حال، خالق عالم، جهان را به گونه ای آفرید که ما در آن باشیم، نه اینکه هیچ چیز و هیچ ساختاری در آن نباشد. ذهن و روح کنجکاو انسانی نمی تواند تمامی این نظم و هماهنگی حیرت انگیز را بی هیچ هدف و مقصودی ببیند. هرچند این مفهومی ابطال پذیر یا آزمودنی نباشد. ولی مشاهده ی درونی ما را به سوی خالق بی مثال عالم رهنمون می شود.

توضیح تصویر: فرایند بنیادینی که در یک ستاره روی می دهد. در هسته ی مرکزی داغ یک ستاره مثل خورشید ما، واکنشهای همجوشی هسته ای، چهار هیدروژن را به یک هلیوم تبدیل می کنند. مرحله ی اولِ واکنش، بسیار کند روی می دهد و دو پروتون را به یک هسته ی دوتریوم تبدیل و یک نوترینو و یک پوزیترون آزاد می کند. دوتریوم سریعاً با یک پروتون دیگر واکنش می دهد و یک ایزوتوپ سبک هلیوم تولید می کند. این ایزوتوپ خود با یک هسته ی شبیه خودش برخورد کرده و در نهایت هسته ی هلیوم معمولی تولید می شود. پوزیترونهای تولید شده سریع با الکترونها برخورد کرده و تولید انرژی می کنند. در حین مرحله ی دوم این واکنش مقدار زیادی انرژی تولید می شود که به صورت اشعه ی گاما یعنی پرانرژی ترین موج الکترومغناطیسی تابش می شود.

در مقاله ی بعدی، میزان تولید انرژی خورشید توسط واکنش همجوشی را خوهیم شناخت.

ترجمه و افزوده ها:

ا.م.گمینی

منبع:

D.R.Altschuler, Children of the stars, 2002, pp 20-25