При синтезе внутри звезд (солнца) или очень горячих газов, как связываются электроны и как насчет тритонов и синтеза DDD-TTT против DDD-DDD?

Большинство текстов, которые я читал, с самого начала посвящены только ядрам, но в конечном итоге начинают говорить об атомах и изотопах гелия (или других) . Некоторые аспекты мне не ясны, и я был бы признателен за некоторые объяснения. Мое понимание ниже может быть ошибочным в некоторых частях. Не помешал бы и хороший справочник для новичка, содержащий четкие феноменологические объяснения.

Я понимаю, что в очень горячей плазме, такой как ядро ​​Солнца, электроны существуют, но они несвязаны, как и протоны, и оба движутся с очень высокими скоростями (высокая температура), причем электроны движутся быстрее, чем протоны, из-за меньшей массы. Теперь лобовое столкновение двух очень быстрых протонов может с небольшой, но ненулевой вероятностью сцепить их вместе, и один из них может распасться на нейтрон (плюс нейтрино плюс позитрон), слившись таким образом в дейтрон (ядро дейтерий). Поскольку дейтроны тяжелее и крупнее протонов, больший размер облегчает им столкновение с другими протонами, а большая масса, а следовательно, и большая инерция, помогают им легче преодолевать кулоновский барьер для дальнейшего слияния с протоном (* ). Это хорошо, но пока у нас есть только ядро, конкретно ядро ​​3He (2 протона, 1 нейтрон). Тексты я'

В какой момент и как связываются электроны или связываются ли они вообще? Это потому, что когда мы получаем дейтрон, это ядро ​​становится намного медленнее, и, следовательно, пролетающий электрон будет мгновенно схвачен кулоновской силой? Это означало бы, что пролетающий электрон захватывается и связывается каждый раз, когда сливается новый протон.

(*) Мне неясно, более ли вероятен дейтрон-протонный синтез, чем протон-протонный. Дейтрон довольно слабо связан, поэтому ударяющий по нему протон также может расщепить его. Соотношение разделения и плавления неясно, как и условия возникновения того и другого (геометрия, вращение, вибрационное состояние?).

Другой аспект, который менее ясен, касается трития и синтеза DT.

Во-первых, как именно тритоны формируются внутри Солнца? Это из-за (*) выше? т.е. ядро ​​дейтрона довольно слабо связано, поэтому протон, сбивающий его и расщепляющий его, производит свободный нейтрон, который затем может слиться с существующим дейтроном?

Предположим, у нас есть Д и Т . Тексты утверждают, что когда Д и Т сталкиваются, они всегда слипаются (плавятся), тогда как при Д и Д сталкиваются, они почти никогда не слипаются, так как для этого требуется испускание фотона, что обычно не происходит (эта часть испускания фотонов мне непонятна). Почему Д - Т почти гарантированно приведет к слиянию и Д - Д не является?

en.wikipedia.org/wiki/Proton%E2%80%93proton_chain_reaction довольно хорош. Да, вы правы, в ядре (и большей части Солнца) слишком жарко, чтобы электроны могли связываться с ядрами, поэтому, когда в текстах говорится об атомах в ядре, они немного небрежны в формулировках.
Я прочитал эту ссылку, и она не отвечает на мои вопросы. Вы говорите, что и до, и после синтеза (все они) нет электронов, связанных с какими-либо ядрами, то есть есть только ядра, и все тексты фактически злоупотребляют обозначениями, когда говорят о «гелий-3» или «гелий-4» или "водород" и т.д.? Без атомов?
Да, это правильно. Есть только голые ядра, нет нейтральных атомов. Но я полагаю, вы могли бы назвать их полностью ионизированными атомами. Конечно, эта статья в Википедии не полностью отвечает на ваши вопросы, но ИМХО это хороший справочник, который может прояснить для вас некоторые вещи.
Большое спасибо. Показывает, что иногда лучше задать вопрос заранее (я потратил некоторое время на поиск ответа).
Ваш вопрос охватывает большую территорию! Мы предпочитаем более конкретные вопросы, но вскоре я опубликую ответ, который решит некоторые из ваших проблем.

Ответы (1)

Как я упоминал в комментариях, плазма внутри звезды полностью ионизирована: к ядрам не привязаны никакие электроны.

Основным узким местом в цепи протон-протон является не слияние двух протонов с образованием дипротона, а превращение дипротона в дейтрон. Температуры солнечного ядра более чем достаточно для преодоления кулоновского отталкивания между двумя протонами, если принять во внимание квантовое туннелирование, открытое Джорджем Гамовым. Подробнее см. Фактор Гамова .

Однако дипротон очень нестабилен и в большинстве случаев просто распадается вскоре после образования. Таким образом, есть только короткий период времени, когда один из протонов может превратиться в нейтрон посредством бета-распада . Но в этой реакции участвует слабое ядерное взаимодействие, которое протекает относительно медленно. Подсчитано, что (в солнечном ядре) вероятность превращения дипротона в дейтрон составляет порядка 10 26 . Вот почему среднее время успешного синтеза протона ядра Солнца составляет около 9 миллиардов лет.

Между прочим, это делает синтез чистого водорода крайне непрактичным для земной термоядерной электростанции. Но это также означает, что звезды могут гореть долго, и это очень хорошо. :)

Мне не разрешено голосовать, но я могу сказать спасибо здесь, так что спасибо. ps Все еще интересует тритиевая сторона вещей во 2-й части моего поста, если у вас есть время (может быть, четкая ссылка?)
Не беспокойтесь, @qeuntinz. Я понимаю, что у вас еще недостаточно представителей для голосования. Но если хотите, можете принять мой ответ. ;) Мы предпочитаем придерживаться правила «один вопрос на вопрос» на сайтах Stack Exchange, но, поскольку тритий связан с этим, я постараюсь добавить информацию об этом на следующий день или около того. Сначала мне нужно провести небольшое дополнительное исследование, чтобы убедиться, что я правильно понимаю соответствующие факты.
Спасибо заранее. Вы могли бы указать мне на ресурсы, которые я мог бы прочитать сам (если они не на уровне эксперта - я еще не там). Я не хотел облагать налогом других еще больше времени.
@qeuntinz en.wikipedia.org/wiki/Fusion_power#Fuels содержит некоторую соответствующую информацию, хотя его основное внимание уделяется наземным термоядерным реакторам. Конечно, сжигание дейтерия является частью цепочки pp, которую я связал ранее. Тритий обычно не образуется в обычных реакциях звездного синтеза из-за отсутствия свободных нейтронов.
«Температура солнечного ядра более чем достаточна для преодоления кулоновского отталкивания между двумя протонами» — моя память об этом нечеткая, но IIRC, классическое приближение массивного точечного заряда, не хватило силы, необходимой для того, чтобы протоны попали в центр. диапазон сильного взаимодействия превышает кулоновское отталкивание примерно на 10 порядков магнитной величины. QM был необходим, чтобы позволить сосункам склеиваться даже с такой медленной скоростью, с какой они это делают. Мне интересно, не болтаю ли я — на моей астрофизике выросла ржавчина за 25 лет. :)
@kkm Ты прав. Первоначально я упустил этот момент в своем ответе. Джордж Гамов обнаружил, что квантовое туннелирование позволяет протонам сливаться при относительно низкой температуре солнечного ядра.
Спасибо за подтверждение, ПМ, я не был уверен, что правильно запомнил! Ха, смотри, я еще кое-что помню! Вероятно, этого достаточно, чтобы быть опасным... (Вставьте :( или :) на ваш выбор.)
@kkm Дело в том, что горение дейтерия происходит при температуре на порядок более низкой, чем pp-цепочка, несмотря на тот же кулоновский барьер.
@ProfRob, я бы скорее приписал это результирующей стабильности ядра ³ He по сравнению с нестабильным дипротоном. Что мне не хватает?
@kkm Стабильность того, что производится, говорит вам, насколько велик потенциал по ту сторону барьера. Оказывает ли это большое влияние на вероятность туннелирования? Его нет в формуле пика Гамова.
@ProfRob, теперь я понял, что вы имеете в виду, спасибо: только вероятность туннелирования. На порядок ниже Т означает, что барьер чрезвычайно выше «снаружи». Распределение Больцмана спадает очень круто, и вероятность Гамова также экспоненциально падает в Е 1 . Это становится немного нечетким, чтобы быть ясной иллюстрацией отсюда, ИМО: слияние p + D не требует слабого процесса, который значительно компенсирует гораздо меньшую вероятность туннелирования.
@ProfRob О, если только под «точкой» вы не подразумеваете сильное или слабое слияние. Я немного смущен тем, что именно вы хотите проиллюстрировать. :)
@kkm Моя точка зрения заключалась в том, что синтез D + p, который имеет точно такой же потенциальный барьер, протекает при более низких температурах, чем синтез p + p, потому что последний также требует изменения слабого взаимодействия p на n. Поэтому вам нужно, чтобы барьер преодолевался с гораздо большей скоростью, чтобы иметь шанс на то, что слабое взаимодействие сделает свое дело.
@ProfRob, да, спасибо, меня осенило после того, как я отправил предыдущее сообщение. Я медлительный. :) На самом деле, спасибо, что помогли мне немного очистить мою ядерную физику от 25-летней ржавчины. Мне потребовалось время, чтобы оценить ваш комментарий!