Rieth József: Anyagvilág - Háttérismeret

A Nap energiatermelése

TartalomjegyzékhezVilágképem <  Anyag-időszak     

Ha napközben feltekintünk az égboltra, egyetlenegy égitest vonja magára figyelmünket, a Nap. Hatalmas mennyiségű energiát termel és sugároz ki a környezetébe. Egészen a XX. századig úgy gondolták, hogy a kisugárzott energia a Nap anyagának összehúzódásából származik, de a pontosabb adatok alapján a Nap túl idős ahhoz, hogy ilyen hosszú időn keresztül nyerhesse az energiát a gravitációs összehúzódásból. Az 1930-as évek végén a magreakciók tanulmányozása után a fizikusok arra a következtetésre jutottak, hogy a Nap energiája fúziós reakcióból, könnyű atommagok egyesülésekor felszabaduló gamma- és röntgensugárzásból ered. A Nap által kisugárzott hatalmas mennyiségű energia a hidrogén termonukleáris fúziójából származik. A centrális magban uralkodó 15 millió K-es hőmérséklet és a 2*1015 Pa nyomás lehetővé teszi a fúzió lezajlását. A csillagokban kétféleképpen mehet végbe a hidrogén-hélium fúzió, proton-proton ciklussal illetve szén-nitrogén-oxigén ciklussal.

A Nap energiája

A Nap folyamatos energiatermelését a következő fúziós reakciók alkotják:

Proton-proton ciklus (pp): Ehhez a folyamathoz hat hidrogénmag szükséges. A kiindulási hidrogénmagokból a fúzió végére egy héliummag keletkezik (4 hidrogénmagból) és két hidrogénmag változatlanul távozik. Ebben a reakcióban az eredeti hidrogénnek, a kiindulási tömegnek 7 ezrede alakul át energiává, ami 4,3*10-12 J energiát jelent.

Szén-nitrogén-oxigén ciklus (CNO): Ebben a folyamatban több kémiai elem is részt vesz, ahogy azt a reakció neve is mutatja. Első lépésként egy szénatom ütközik egy hidrogén atommaggal, melynek során egy instabil nitrogénizotóp keletkezik. Végülis a proton-proton reakcióhoz hasonlóan négy hidrogénatommag egyesül héliummaggá. A folyamatban a szénatom igazából csak a katalizátor szerepét tölti be, hiszen a reakció végtermékei között szintén megtaláljuk a szénatomot. 4*10-12 J az egy ciklus során termelődő, felszabaduló energia.

Amikor a Nap belsejére gondolunk, azt egy vad tüzes kohóként képzeljük el, ami hőt bocsát ki. A sűrűsége 150-szerese a vízének (fél liternyi Nap-anyag súlya annyi, mint egy átlagos emberé), a hőmérséklete 15 000 000 oC , igazán rémisztő környezet. Azonban ha a Nap belsejéből ki tudnál venni egy köbméternyit, azt tapasztalnád, hogy az mindössze körülbelül 30 Watt teljesítményt biztosítana, amely alig elegendő egy villanykörte üzemeltetéséhez. A Nap hatalmas méretének köszönhetjük, hogy mégis elég meleg van a Földön.

Jelenleg a Napban másodpercenként 600 millió tonna hidrogén ég el, miközben 596 tonna hélium keletkezik. Hova tűnik el a hiányzó négy millió tonna anyag? Teljes egészében átalakul energiává. Az E=mc2 (E az energia, m a tömeg és c a fény-sebesség) egyenlet alapján azt kapjuk, hogy négy millió tonna anyag 100 000 000 000 000 000 000 kilowattóra energiának felel meg. Ez durván egymilliószorosa annak az energiamennyiségnek, amit az egész világ egy év alatt felhasznál. És a Nap minden másodpercben ennyi energiát sugároz ki! Hát ez a napenergia!

TartalomjegyzékhezVilágképem <  Anyag-időszak     

-------------------

http://www.scienceinschool.org/2006/issue3/fusion/hungarian