Ядерный синтез. Образование планетных систем

Когда тело раскалено докрасна, в его сплошном спектре ярче всего красная часть. При дальнейшем нагревании наибольшая яркость в спектре переходит в желтую, потом в зеленую часть и т. д. Теория излучения света, проверенная на опыте, показывает, что распределение яркости "вдоль сплошного спектра зависит от температуры тела. Зная эту зависимость, можно установить температуру Солнца и звезд. Те

мпературу планет и температуру звезд определяют еще при помощи термоэлемента, помещенного в фокусе телескопа. При нагревании термоэлемента в нем возникает электрический ток, характеризующий количество теплоты, приходящее от светила.

3. Ядерный синтез

Реакция слияния легких атомных ядер в более тяжелые ядра, происходящая при сверхвысокой температуре и сопровождающаяся выделением огромных количеств энергии. Ядерный синтез – это реакция, обратная делению атомов: в последней энергия выделяется за счет расщепления тяжелых ядер на более легкие.

Согласно современным астрофизическим представлениям, основным источником энергии Солнца и других звезд является происходящий в их недрах термоядерный синтез. В земных условиях он осуществляется при взрыве водородной бомбы. Термоядерный синтез сопровождается колоссальным энерговыделением на единицу массы реагирующих веществ (примерно в 10 миллионов раз большим, чем в химических реакциях). Поэтому представляет большой интерес овладеть этим процессом и на его основе создать дешевый и экологически чистый источник энергии. Однако несмотря на то, что исследованиями управляемого термоядерного синтеза (УТС) заняты большие научно-технические коллективы во многих развитых странах, предстоит решить еще немало сложных проблем, прежде чем промышленное производство термоядерной энергии станет реальностью.

Современные атомные станции, использующие процесс деления, лишь отчасти удовлетворяют мировые потребности в электроэнергии. Топливом для них служат естественные радиоактивные элементы уран и торий, распространенность и запасы которых в природе весьма ограничены; поэтому для многих стран возникает проблема их импорта. Главным компонентом термоядерного топлива является изотоп водорода дейтерий, который содержится в морской воде. Запасы его общедоступны и очень велики (мировой океан покрывает 71% площади поверхности Земли, а на долю дейтерия приходится ок. 0,016% общего числа атомов водорода, входящих в состав воды). Помимо доступности топлива, термоядерные источники энергии имеют следующие важные преимущества перед атомными станциями: 1) реактор УТС содержит гораздо меньше радиоактивных материалов, чем атомный реактор деления, и поэтому последствия случайного выброса радиоактивных продуктов менее опасны; 2) при термоядерных реакциях образуется меньше долгоживущих радиоактивных отходов; 3) УТС допускает прямое получение электроэнергии.

Успешное осуществление реакции синтеза зависит от свойств используемых атомных ядер и возможности получения плотной высокотемпературной плазмы, которая необходима для инициирования реакции.

Энерговыделение при ядерном синтезе обусловлено действующими внутри ядра чрезвычайно интенсивными силами притяжения; эти силы удерживают вместе входящие в состав ядра протоны и нейтроны. Они очень интенсивны на расстояниях 10–13 см и чрезвычайно быстро ослабевают с увеличением расстояния. Помимо этих сил, положительно заряженные протоны создают электростатические силы отталкивания. Радиус действия электростатических сил гораздо больше, чем у ядерных, поэтому они начинают преобладать, когда ядра удалены друг от друга.

В нормальных условиях кинетическая энергия ядер легких атомов слишком мала для того, чтобы, преодолев электростатическое отталкивание, они могли сблизиться и вступить в ядерную реакцию. Однако отталкивание можно преодолеть «грубой» силой, например сталкивая ядра, обладающие высокой относительной скоростью.

4. Происхождение солнечной системы

Решение вопроса о происхождении солнечной системы встречает основную трудность в том, что другие подобные системы в других стадиях развития мы не наблюдаем. Нашу солнечную систему не с чем сравнивать.

Правда, около некоторых ближайших звезд, по-видимому, существуют планеты, ибо эти звезды обнаруживают еле заметные периодические обращения около некоторого центра масс. Их невидимый спутник имеет очень малую массу и является, очевидно, планетой или группой планет. Но больше этого пока ничего сказать нельзя. Однако это явление важно в том отношении, что говорит против исключительности солнечной системы и Земли в пространстве. Системы, подобные нашей солнечной системе, должны быть достаточно распространены, и их возникновение должно быть не делом случая, а закономерным явлением.

Исторически для развития материалистического мировоззрения огромную роль играли первые научные предположения о происхождении солнечной системы. Первой была гипотеза немецкого философа Канта. В середине XVIII в. он изложил идею о возникновении солнечной системы из облака холодных пылинок, находящихся в хаотическом движении. В 1796 г. французский ученый Лаплас подробно описал гипотезу образования Солнца и планет из уже вращающейся газовой туманности.

Лаплас учел основные характерные черты солнечной системы, которые должна объяснить всякая гипотеза о ее происхождении: основная масса системы сосредоточена в Солнце; орбиты планет и спутников почти круговые и лежат почти в одной плоскости; расстояния между ними правильно возрастают; почти все планеты не только обращаются вокруг Солнца, но и вращаются вокруг своих осей в одном направлении.

Позднейшее развитие науки добавило необходимость объяснить распределение момента количества движения в солнечной системе.

Момент количества движения Солнца слишком мал в сравнении с суммарным моментом количества движения планет. Это было наиболее серьезное среди возражений против гипотезы Лапласа. В настоящее время все ученые пришли к выводу о том, что Земля никогда не была ни газовой, ни огненно-жидкой, а возникла из холодной газопылевой массы.

По этой гипотезе, огромное холодное газопылевое облако, вращающееся вокруг Солнца, должно было сплющиваться. Это вызывалось столкновением частиц и обменом их энергией и количеством движения, что вело к распределению частиц по скоростям и по направлениям так, чтобы столкновения были возможно реже. Так, пыль распределилась в виде диска, имеющего толщину, в тысячу раз меньшую его диаметра. Орбиты частиц стали круговыми с движениями в одном направлении. Крупные частицы присоединяли к себе мелкие. Быстрее всего росла масса крупнейших частиц. Так возникло несколько крупных тел — планет. Земля выросла до ее современной массы по расчетам за несколько сот миллионов лет. Земля, холодная на поверхности, стала разогреваться за счет радиоактивных элементов. Это привело к расплавлению земных недр. Тяжелые элементы опустились, образовав ядро, а легкие образовали кору. В окружавшем зародыши планет рое частиц повторялся процесс слипания частиц и возникли спутники планет. Удары падающих на планеты тел привели планеты во вращение. В частях газо-пылевого диска, удаленных от Солнца, царила низкая температура и водород при формировании больших планет не улетучился. Сильный нагрев облака вблизи Солнца ускорял рассеяние водорода, и в планетах земной группы его почти не сохранилось. Наибольшую трудность представляет объяснение того, как первоначальное газопылевое облако могло окружить Солнце и получить момент вращения, имеющийся сейчас у планет.

 Скачать реферат