ปฏิกิริยาฟิวชัน


ปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชันเกือบทั้งหมดเกิดขึ้นที่แกนกลางของดวงอาทิตย์ ในตอนเริ่มต้นที่แกนกลางนี้มีองค์ประกอบเหมือนส่วนอื่น ๆ ของดวงอาทิตย์ คือ ไฮโดรเจน 72% ฮีเลียม 26% และธาตุหนักอื่น ๆ (คาร์บอน,ไนโตรเจน,ออกซิเจน, ...) รวม 2% ปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชันนี้ก่อให้เกิดการเปลี่ยนแปลงขององค์ประกอบของดวงอาทิตย์อย่างช้าๆ ซึ่งในปัจจุบันองค์ประกอบที่แกนกลางของดวงอาทิตย์กลายเป็น ไฮโดรเจน 35%, ฮีเลียม 63%, และธาตุอื่น ๆ (คาร์บอน,ไนโตรเจน,ออกซิเจน, ...) 2% โดยมวล

ปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชันภายในดวงอาทิตย์ สามารถเกิดขึ้นได้เพราะที่แกนกลางดวงอาทิตย์นั้นมีอุณหภูมิสูงและมีความหนา แน่นมาก ปกติแล้วนิวเคลียส 2 นิวเคลียสจะผลักกันตามแรงคูลอมบ์ (Coulomb’s force) เนื่องจากมีประจุบวกเหมือนกัน แต่ที่แกนกลางของดวงอาทิตย์มีอุณหภูมิสูงมากพอและมีความหนาแน่นมากจนกระทั่ง นิวเคลียสทั้งสองอยู่ใกล้กันมากจนกระทั่งสามารถเอาชนะแรงคูลอมบ์และเกิดปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชันได้ ปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชันในดวงอาทิตย์ที่เกิดขึ้นมากที่สุดคือ ปฏิกิริยาโปรตอน-โปรตอน (p-p reaction) กระบวนการนี้เกิดจากนิวเคลียสของไฮโดรเจนซึ่งก็คือโปรตอน 2 นิวเคลียสรวมกัน ปฏิกิริยานี้ยังให้นิวตริโนออกมาอีกด้วย

โฟตอนพลังงานสูง (high energy photons) หรือรังสีแกมมา (gamma rays) และรังสีเอ็กซ์ (X-rays) ที่ถูกปลดปล่อยจากปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชันนี้ใช้เวลานานมากกว่าจะเดินทางมาถึงผิวของดวงอาทิตย์ เนื่องจากแต่ละครั้งที่โฟตอนถูกชนจะเปลี่ยนทิศทางไปเรื่อย ๆ และพลังงานลดลง ทำให้โฟตอนที่ออกจากผิวดวงอาทิตย์จะอยู่ในช่วงแสงที่มนุษย์เราสามารถมองเห็นได้ รังสีแกมมาแต่ละความยาวคลื่นในแกนของดวงอาทิตย์จะเปลี่ยนเป็นโฟตอนของแสงที่ตามนุษย์มองเห็น (visible light) หลายล้านตัว โฟตอนเหล่านี้ผ่านการถ่ายเทหลายชั้นจนถึงชั้น โฟโตสเฟียร์ และในที่สุดก็จะออกมาเป็นแสง


en03.jpg



แกน (Core) : บริเวณที่ผลิตพลังงาน


แกนกลาง ของดวงอาทิตย์ เป็นบริเวณตั้งแต่ใจกลางของดวงอาทิตย์จนกระทั่งถึงหนึ่งในสี่ของระยะทางสู่ ผิวของดวงอาทิตย์ แกนกลางมีปริมาตรประมาณ 2% ของดวงอาทิตย์ แต่มีมวลถึงประมาณครึ่งหนึ่งของดวงอาทิตย์ อุณหภูมิที่สูงที่สุดมีค่าประมาณ 15 ล้านเคลวิน มีความหนาแน่นประมาณ 150 กรัมต่อลูกบาศก์เซนติเมตร หรือประมาณเกือบ 15 เท่าของความหนาแน่นของตะกั่ว สาเหตุ ที่แกนกลางของดวงอาทิตย์มีอุณหภูมิสูงมาก และมีความหนาแน่นสูงมากเป็นเพราะว่าแกนกลางนี้มีความดันสูงมาก ๆ สูงในระดับที่มากกว่าความดันของบรรยากาศโลกประมาณสองแสนล้านเท่าของบรรยากาศ ของโลกที่ระดับน้ำทะเล ความดันที่สูงมากของแกนกลางนี้เองทำให้แก๊สไม่สามารถยุบตัวและดวงอาทิตย์ สามารถคงรูปอยู่ได้===


454.jpg




ปฏิกิริยาฟิวชัน ณ ศูนย์กลางของดวงอาทิตย์

ที่ศูนย์กลางของดวงอาทิตย์ นิวเคลียสของไฮโดรเจน 4 อะตอม หรือ โปรตอน (สัญลักษณ์ P ในภาพ) 4 อนุภาค เกิดปฏิกิริยารวมตัวเป็นนิวเคลียสของฮีเรียม 1 อะตอม อันประกอบด้วย โปรตอน 2 อนุภาค และนิวตรอน(สัญลักษณ์ N ในภาพ) 2 อนุภาค และปลดปล่อยพลังงานตามสมการE = mc2



ปฏิกิริยาฟิวชันของไฮโดรเจนนี้ จะเกิดขึ้นได้ในสภาวะที่พิเศษมากเท่านั้น คือ ต้องมีอุณหภูมิสูงกว่า 10 ล้านเคลวินขึ้นไป ที่แกนกลางของดวงอาทิตย์ที่มีอุณหภูมิสูงถึง 15 ล้านเคลวิน ปฏิกิริยาฟิวชันจึงจะเกิดขึ้นได้อย่างต่อเนื่อง
ทุกๆนาที ดวงอาทิตย์จุดระเบิดไฮโดรเจนมวล 610 ล้านตัน ให้รวมตัวกันเป็นฮีเลียมจำนวน 606 ล้านตัน โดยมวลสาร 4 ล้านตัน ที่หายไปจะสลายตัวเป็นพลังงานตามสมการ E = mc2
นั้นคือ ทุกๆ วินาทีดวงอาทิตผลิตพลังงานประมาณ360,000,000,000,000,000,000,000,000 จูล ซึ่งคิดเป็นพลังงานเท่ากับพลังงานไฟฟ้าที่สามารถจ่ายให้กับประเทศไทยทั้งประเทศในปัจุบันได้เป็นเวลาถึง 97 ล้านปี


flamingarrow.gifสมการอันเลื่องชื่อของไอน์สไตน์และที่มาของพลังงานicon_hot.gifclick1.gif



Back-Button.gif
button_next.gif





button home 3.gif