Студопедия

Главная страница Случайная страница

КАТЕГОРИИ:

АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника






Атомная космическая распространенность элементов


⇐ ПредыдущаяСтр 58 из 91Следующая ⇒




Открытие использование спектрального анализа в астрономических наблюдениях необычайно расширило наши представления о химическом элементарном составе космических тел -- бесчисленного множества звезд. Еще творцы спектрального анализа Г. Кирхгоф и Р. Бунзен обнаружили в составе Солнца те же самые химические элементы, что и на Земле. Спектральный анализ стал широко применяться в астрофизических исследованиях и привел к новым открытиям. В 1868 г. новый элемент-- гелий был обнаружен Дж. Н. Локьером на Солнце, и лишь в 1895 г. спустя 27 лет он был найден на Земле В. Рамзеем в радиоактивном минерале клевеите. Однако количественная оценка распространения элементов в звездах и на Солнце сопровождалась большими трудностями. Высокие температуры звезд вызывают неравномерное возбуждение разных атомов и соответственно определяют различную интенсивность нспускаемого или поглощаемого света. Поэтому расшифровка звездных спектров потребовала существенных поправок на ионизацию вещества, что было выполнено индийским физиком М. Саха. Первую количественную оценку состава верхних оболочек Солнца произвел американский астрофизик Г. Ресселл в 1929 г. Он обнаружил, что по соотношению металлов вещество Солнца ближе к хондрнтовым метеоритам, чем к земной коре. Последующее уточнение состава солнечной атмосферы было выполнено немецким астрофизиком А. Унзёльдом.

Оценка атомной распространенности элементов в космических телах в астрофизике и космохимии чаще всего выражается в числе атомов данного элемента на 106 атомов кремния.

Заключение

Применение достижений ядерной физики и физики частиц высоких энергий к изучению астрофизических явлений позволило построить современные теории образования, строения и эволюции звезд, теории взрыва сверхновых и образования пульсаров и современную теорию образования химических элементов.

Эти теории существенным образом опираются на следующие фундаментальные процессы: 1) превращение водорода в гелий путем водородного и углеродного циклов как источник энергии звезд главной последовательности; 2) совокупность гелиевых реакций с выделением энергии и последующие за ними реакции перегорания углерода и кислорода в недрах массивных звезд; 3) медленный процесс захвата нейтронов в выгоревших корах тяжелых звезд; быстрый процесс нейтронного захвата при вспышках сверхновых и т.д.

Итак, массивные звезды самых первых поколений, завершившие свою эволюцию выбросом в космическое пространство переработанного в их недрах вещества, явились главным источником наблюдаемого богатого разнообразия изотопов в нашей Вселенной.

Другой источник:

https://nuclphys.sinp.msu.ru/astro/astro14.htm

Происхождение химических элементов Этапы синтеза элементов Для объяснения распространенности в природе различных химических элементов и их изотопов в 1948 году Гамовым была предложена модель Горячей Вселенной. По этой модели все химические элементы образовывались в момент Большого Взрыва. Однако это утверждение впоследствии было опровергнуто. Доказано, что только легкие элементы могли образоваться в момент Большого Взрыва, а более тяжелые возникли в процессах нуклеосинтеза. Эти положения сформулированы в модели Большого Взрыва (см. п. 15). По модели Большого Взрыва формирование химических элементов началось с первоначального ядерного синтеза легких элементов (Н, D, 3Не, 4Не, 7Li) спустя 100 секунд после Большого Взрыва при температуре Вселенной 109 K. Экспериментальную основу модели составляют расширение Вселенной, наблюдаемое на базе красного смещения, первоначальный синтез элементов и космическое фоновое излучение. Большим достоинством модели Большого Взрыва является предсказание о распространенности D, Не и Li, отличающихся друг от друга на много порядков. Экспериментальные данные о распространенности элементов в нашей Галактике показали, что атомов водорода 92%, гелия − 8%, и более тяжелых ядер − 1 атом на 1000, что согласуется с предсказаниями модели Большого Взрыва. Ядерный синтез − синтез легких элементов (Н, D, 3Не, 4Не, 7Li) в ранней Вселенной.
  • Распространенность 4Не или его относительная доля в массе Вселенной Y = 0.23 ±0.02. По крайней мере половина гелия, образованного в результате Большого Взрыва, содержится в межгалактическом пространстве.
  • Первоначальный дейтерий существует только внутри Звезд и быстро превращается в 3Не. Из данных наблюдений получаются следующие ограничения на распространенность дейтерия и Не относительно водорода:
10-5 ≤ D/H ≤ 2·10-4 и 1.2·10-5 ≤ 3Не/H ≤ 1.5·10-4, причем наблюдаемое отношение D/H составляет лишь долю ƒ от первоначального значения: D/H = ƒ (D/H)первонач. Поскольку дейтерий быстро превращается в 3Не, получается следующая оценка для распространенности: [(D + 3Не)/H]первонач ≤ 10-4.
  • Распространенность 7Li измерить трудно, однако используются данные по изучению атмосфер звезд и зависимость распространенности 7Li от эффективной температуры. Оказывается, что, начиная с температуры 5.5·103 K, количество 7Li остается постоянным. Наилучшая оценка средней распространенности 7Li имеет вид:
7Li/H = (1.6±0.1)·10-10.
  • Распространенность более тяжелых элементов, таких как 9Be, 10В и 11В, меньше на несколько порядков. Так, распространенность 9Ве/Н < 2.5·10-12.
Синтез ядер в звездах Главной Последовательности при Т < 108 K Синтез гелия в звездах Главной Последовательности в рр- и CN-циклах происходит при температуре Т ~ 107÷ 7·107 K. Водород перерабатывается в гелий. Возникают ядра легких элементов: 2Н, 3Не, 7Li, 7Be, 8Ве, но их мало из-за того, что в дальнейшем они вступают в ядерные реакции, а ядро 8Be практически мгновенно распадается из-за малого времени жизни (~ 10-16 с) 8Ве → 4Не + 4Не. Процесс синтеза, казалось, должен был бы прекратиться, но природа нашла обходной путь. Когда Т > 7·107 K, гелий " сгорает", превращаясь в ядра углерода. Происходит тройная гелиевая реакция − " Гелиевая вспышка" − 3α → 12С, но ее сечение очень мало и процесс образования 12С идет в два этапа. Происходит реакция слияния ядер 8Ве и 4Не с образованием ядра углерода 12С* в возбужденном состоянии, которое возможно благодаря наличию у ядра углерода уровня 7.68 МэВ, т.е. происходит реакция: 8Ве + 4Не → 12С* → 12С + γ. Существование уровня энергии ядра 12С (7.68 МэВ) помогает обойти малое время жизни 8Be. Благодаря наличию этого уровня у ядра 12С происходит Брейт-Вигнеровский резонанс. Ядро 12С переходит на возбужденный уровень с энергией Δ W = Δ М + ε, где ε M = (M8Be − М4Hе)− M12C = 7.4 МэВ, а ε компенсируется за счет кинетической энергии. Эта реакция была предсказана астрофизиком Хойлом, а затем воспроизведена в лабораторных условиях. Затем начинают идти реакции: 12С + 4Не → 160 + γ 160 + 4Не → 20Ne + γ и так до А ~ 20. Так нужный уровень ядра 12С позволил пройти узкое место в термоядерном синтезе элементов. У ядра 16О нет таких уровней энергии и реакция образования 16О идет очень медленно 12С + 4Не → 160 + γ. Эти особенности протекания реакций привели к важнейшим следствиям: благодаря им оказалось одинаковое число ядер 12С и 160, что создало благоприятные условия для образования органических молекул, т.е. жизни. Изменение уровня 12С на 5% привело бы к катастрофе − дальнейший синтез элементов прекратился бы. Но так как этого не произошло, то образуются ядра с A в диапазоне
А = 12÷ 20

 


⇐ Предыдущая53545556575859606162Следующая ⇒
Поделиться с друзьями:
mylektsii.su - Мои Лекции - 2015-2024 год. (0.009 сек.)Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав Пожаловаться на материал