Die Fusion, die im Kern der Sonne stattfindet, findet nicht unter den Bedingungen statt, an die Sie bei einer Bombe oder einem Fusionsreaktor denken könnten. Insbesondere tritt es bei viel niedrigeren Temperaturen und mit einer viel geringeren Geschwindigkeit auf. Ein Kubikmeter Material im Solarkern setzt durch Fusion nur etwa 250 W Leistung frei.

Die Fusionsrate wird durch die Temperatur (und in geringerem Maße durch die Dichte) des Kerns festgelegt. Dies wird wiederum durch die Notwendigkeit eines Druckgradienten festgelegt, um das Gewicht des von oben auf ihn drückenden Materials auszugleichen. Mit 15 Millionen Kelvin (die Kerntemperatur, die viel niedriger ist als die Temperaturen in Atombomben oder Fusionsreaktoren) hat das durchschnittliche Proton eine Lebensdauer von mehreren Milliarden Jahren, bevor es (mit drei anderen) in einen Heliumkern umgewandelt wird. Es gibt zwei Gründe, warum dies langsam ist. Zuerst müssen Protonen, die sich elektromagnetisch abstoßen, nahe genug beieinander liegen, um die starke Kernkraft zu spüren. Deshalb sind hohe Temperaturen erforderlich. Zweitens muss eines der Protonen, da das Diproton instabil ist, über eine schwache Kraftwechselwirkung in ein Neutron umgewandelt werden, während es sich im instabilen Diprotonenzustand befindet, um einen Deuteriumkern zu bilden. Dies ist von Natur aus unwahrscheinlich und bedeutet, dass die gesamte Reaktionskette zu Helium sehr langsam ist

Der Grund, warum es keine bombenartige Explosion gibt, ist, dass es kein Problem gibt, 250 W pro Kubikmeter vom Kern weg zu verlagern, so wie ein Komposthaufen, der ungefähr die gleiche Leistungsdichte erzeugt, nicht spontan explodieren. Im Falle eines Sterns geht jede zusätzliche Wärme in mehr Strahlung über, die weg diffundiert und bei der Ausdehnung des Sterns ausgeführt wird. Infolgedessen ist die Temperatur des Kerns stabil. Letztendlich tritt jede zusätzliche Energie als Sonnenlicht in der Sonnenphotosphäre auf.

Wenn aus irgendeinem Grund die Strahlungsopazität im Kern zunimmt, steigt die Temperatur und durch Fusion wird mehr Energie erzeugt.Genau dies geschieht im Kern, wenn mehr Wasserstoff in Helium umgewandelt wird.Die Kerntemperatur und die Leuchtkraft steigen auf Zeitskalen von Milliarden von Jahren langsam an.

Wenn die Fusion schneller ablaufen würde, würde der Kern heißer werden, sich ausdehnen und weniger dicht werden, und mit geringerer Dichte würde sich die Fusion verlangsamen.

Die Hauptsequenz in Sternen wie der Sonne verläuft viel langsamer als in anderen Stadien.Dies liegt daran, dass die p-p-Kettenreaktion mit der Fusion zweier Protonen beginnt, um ein Diproton oder Helium-2 zu bilden.Das Diproton ist instabil und zerfällt normalerweise sofort wieder in zwei Protonen, aber Bethe erkannte, dass es in seltenen Fällen durch eine schwache Reaktion zerfällt, Freisetzung eines Neutrinos und eines Positrons zur Bildung eines Deuteriumkerns, Wasserstoff- 2. Weil dieser zweite Prozess so selten ist, begrenzt er die Geschwindigkeit der Sternfusion, so dass Sterne verbringen den größten Teil ihres Lebens mit der Hauptsequenz

Die Fusion in Sternen erfordert enorme Drücke und Temperaturen.

Jeder Körper, einschließlich Sterne, ist seinem eigenen Gravitationsfeld ausgesetzt. An jedem Punkt innerhalb eines kugelsymmetrischen Körpers (den die meisten Sterne gut annähern) ist die Gravitationskraft auf die gesamte Masse "unterhalb" dieses Punktes zurückzuführen - zwischen diesem Punkt und dem Zentrum. Diese Gravitationskraft zeigt offensichtlich nach innen.

Die gesamte Masse außerhalb dieses Radius wird jedoch auch nach innen gezogen und übt Druck auf das darunter liegende Material aus. Dies erhöht die Gravitationskraft des Materials im Inneren.

Im Kern besteht also ein enormer Druck. Mit zunehmendem Druck werden die Bedingungen für die Fusion immer wahrscheinlicher. Wenn eine Fusion stattfindet, wird der Kernbereich, der die Fusion ermöglichen kann, durch den Druck des Materials außerhalb dieses Kerns eingeschlossen, das nicht fusionieren kann. Beachten Sie, dass die Fusion nicht überall im Stern stattfindet, sondern nur in der Kernregion, die einen ausreichend hohen Druck erreicht hat.

Die durch Fusion erzeugte Energie hält alles heiß (einfach) und heiße Dinge dehnen sich gerne aus und erzeugen einen Druck nach außen. Es ist der Druck von außen, der durch die Verschmelzung der Wärmeenergie des Kerns entsteht (die durch Strahlung und Konvektion durch den Stern und schließlich als Licht außerhalb des Sterns geleitet wird), die den Gravitationskollaps des Kerns aufgrund der Kraft von allem verhindert, was auf ihn "drückt" / p>

Es ist also die Gravitationskraft, die der Körper auf sich selbst ausübt, die verhindert, dass er "explodiert", weil er eine Fusion verursacht, die Wärme erzeugt, die gegen den Kollaps drückt.

Warum geschieht die Kernfusion nur langsam?

Langsam ist ein relativer Begriff, aber die Fusionsrate wird durch den Druck und die Temperatur im Inneren des Sterns bestimmt.Seltsamerweise leben kleinere Sterne am längsten.Dies ist sehr einfach, weil die Drücke am Kern relativ niedrig sind und das Ausmaß der Verschmelzung, das durch ihn aufrechterhalten werden kann, und die Größe des Schmelzkerns entsprechend gering sind.Größere Sterne haben mehr Druck und größere Kerne und können relativ schnell brennen.Die detaillierten Gründe für die Lebensdauer von Sternen sind etwas komplexer.Wenn Sie mehr darüber lesen möchten, würde ich vorschlagen, z.Wikipedia-Seiten zu roten Zwergsternen und stellarer Nukleosynthese.

Sterne leben den größten Teil ihres Lebens (siehe Hauptsequenz) in einem dynamischen Gleichgewicht.Wenn der Kern aufgrund der erhöhten Wärmeerzeugung besonders heiß wird, dehnt sich der Stern aus und die Geschwindigkeit der Fusion nimmt ab

In den meisten Fällen ist das Gleichgewicht auch ziemlich stabil und der Stern schwankt nicht in seiner Wärmeerzeugung.Nun, einige Sterne schwingen ihre Leuchtkraft, aber das passiert meistens außerhalb des Kerns (siehe z. B. Cepheid).

Das Gleichgewicht geht manchmal verloren (siehe z. B. Supernova) und wir sehen eine echte nukleare Explosion "sofort".Nun, für ein so großes Objekt passiert nichts "auf einmal", der Vorgang dauert Minuten oder Stunden, ist aber im Vergleich zur Lebensdauer des Sterns immer noch ziemlich schnell.

p.s.Tatsächlich beginnen Sterne zu leuchten, noch bevor sie den Kernreaktor in ihren Kernen starten.Das erste Licht kommt vom Gravitationskollaps der anfänglichen Gaswolke.Die zusätzliche Wärme aus den Kernreaktionen stoppt den Zusammenbruch nur für eine Weile (einige Millionen oder Milliarden Jahre).

Eine Explosion erfordert immer einen self-beschleunigenden Prozess. Wenn Sie einen Haufen konventionellen Kraftstoffs in Brand setzen, explodiert dieser nicht: Er verbraucht schnell den gesamten Sauerstoff in der Umgebungsluft und der Prozess verlangsamt sich, bis mehr Sauerstoff verfügbar ist. Wenn Sie einen Sprengstoff herstellen möchten, benötigen Sie ein Oxidationsmittel: eine Substanz, die Sauerstoff normalerweise als Reaktion auf die Temperatur freisetzt. Auf diese Weise setzt die Wärme des Feuers mehr Sauerstoff frei, wodurch mehr Feuer usw. erzeugt wird.

Eine thermonukleare Reaktion wird durch die Dichte beschleunigt. In einer Wasserstoffbombe wird die Selbstbeschleunigung erreicht, indem die Reaktion around eine Masse Wasserstoff startet, so dass die Stoßwelle von bereits verbrauchtem Wasserstoff den Rest der Last komprimiert, die selbst zu verschmelzen beginnt und noch mehr Druck erzeugt.

In einem Stern findet die thermonukleare Reaktion in im Kern statt, sodass die Wärme, die sie erzeugt, den Rest der Materie auseinander drückt, die Dichte verringert und die Reaktion verlangsamt. Das System erreicht dann ein Gleichgewicht, in dem jede Änderung der Dichte durch das System selbst neutralisiert wird

Sie fragen, warum die Fusion ein langsamer Prozess ist.

Um dies zu verstehen, ist es sehr wichtig zu sehen, dass die Fusion selbst bedeutet, dass zwei Protonen im Kern, die durch die Coulomb-Kräfte getrennt sind, diese Abstoßung überwinden müssen.Und eines der Protonen muss den Beta-Zerfall in ein Neutron (Deuteriumkern) umkehren.

https://astronomy.stackexchange.com/questions/30035/why-doesnt-the-fusion-process-of-the-sun-speed-up

Es ist alles QM und Wahrscheinlichkeiten, und die Wahrscheinlichkeit ist 1 in 3 × 10 ^ 29 Kollisionen.

Zwei Protonen in der Sonne verschmelzen.Meistens bricht das Paar wieder auseinander, aber manchmal verwandelt sich eines der Protonen über die schwache Kernkraft in ein Neutron.Zusammen mit der Umwandlung in ein Neutron werden ein Positron und ein Neutrino gebildet.Dieses resultierende Proton-Neutronen-Paar, das sich manchmal bildet, ist als Deuterium bekannt

https://energyeducation.ca/encyclopedia/Nuclear_fusion_in_the_Sun

Die Schwerkraftkompression vieler "Dinge" in etwas so Großem wie der Sonne ist stärker als der Druck der Fusion, die in ihr stattfindet.Obwohl es "explodiert", wenn seine Schwerkraft nicht stark genug ist, um zu verhindern, dass der Kern die äußeren Schichten durch die Fusion herausdrückt, führt das Element Eisen (bei den meisten Sternen passiert dies) dazu, dass die äußeren Schichten wie Ihre Haut und Haut verloren gehenHinterlässt einen fleischigen schweren Kern ODER es könnte "knirschen", wenn die Schwerkraft den Druck übertrifft (das Ergebnis kann entweder ein Neutronenstern, ein leichter Originalstern oder ein Schwarzloch, ein schwerer Originalstern sein.

Es gibt etwas, das die Fusion tatsächlich "verlangsamt": Strahlungsdruck.Die Idee ist, dass Kernfusion Nukleonen, Energie usw. und auch Licht erzeugt.Licht übt Druck aus, es ist im Alltag nur sehr klein.Bei sehr massiven Sternen wird jedoch der Strahlungsdruck wichtig, und dies ist der Grund, warum die Schwerkraft den Stern nicht zum Kollabieren bringt.

Der Strahlungsdruck legt eine Obergrenze für die Masse eines Sterns fest, denn wenn der Stern viel größer würde, würde er sich ähnlich wie die Explosion, an die Sie denken, auseinander sprengen.Diese Grenze wird als Eddington-Grenze bezeichnet.

Trotzdem reicht der Strahlungsdruck für die meisten Sterne bei weitem nicht aus, um den Stern auseinander zu jagen, und Sterne explodieren nicht.