Home
Education
Classroom
Knowledge
Blog
TV
ธรรมะ
กิจกรรม
โครงการทรูปลูกปัญญา

แหล่งกำเนิดพลังงานของดวงอาทิตย์

Posted By Plookpedia | 21 เม.ย. 60
1,857 Views

  Favorite

แหล่งกำเนิดพลังงานของดวงอาทิตย์

ก๊าซไฮโดรเจนเป็นธาตุซึ่งมีปริมาณมากที่สุดใน "เอกภพ" และมีมากที่สุดบนดวงอาทิตย์ด้วย เมื่ออะตอมของไฮโดรเจนรวมตัวกันเข้าเป็นอะตอมของธาตุฮีเลียม ในปฏิกิริยาเรียกว่า "ปฏิกิริยาเทอร์โมนิวเคลียร์" นั้น มวลสารของไฮโดรเจน ๑ กรัมจะสูญหายไป ๐.๐๐๗ กรัม โดยการแปรรูปเป็นพลังงาน และจะได้พลังงาน = ๐.๐๐๗ x (๓ x ๑๐๑๐) ๒ เอิร์กต่อทุก ๆ ๑ กรัมของไฮโดรเจน ที่เข้าทำปฏิกิริยา ถ้าสมมุติว่ามวลของดวงอาทิตย์ทั้งหมดประมาณ ๒ x ๑๐๓๓ กรัมนั้นเป็นธาตุไฮโดรเจน ดังนั้นพลังงานทั้งหมดที่จะได้จากการแปรธาตุไฮโดรเจนทั้งหมดบนดวงอาทิตย์เป็นธาตุฮีเลียม จะเป็น ๐.๐๐๗ x (๓ x ๑๐๑๐) ๒ x ๒ x ๑๐๓๓ เอิร์ก เท่ากับ ๑.๒๖ x ๑๐๕๒ เอิร์ก เอาปริมาณพลังงานที่อาจเกิดขึ้นได้จากการแปรธาตุไฮโดรเจนทั้งหมดนี้หารด้วยพลังงานที่ดวงอาทิตย์ คายออกในการแผ่รังสี ๓.๙ x ๑๐๓๓ เอิร์กต่อวินาที จะได้อายุหรือเวลาที่ดวงอาทิตย์จะแผ่รังสีเช่น นี้ได้ ๓.๒๓ x ๑๐๑๘ วินาที หรือเท่ากับประมาณ ๑๐๑๑ ปี (หนึ่งแสนล้านปี)

 


"อายุของเอกภพ" ตามการคำนวณทางดาราศาสตร์จากอายุของดาวฤกษ์ที่เก่าแก่ที่สุดมีค่าประมาณ ๑ ถึง ๓ หมื่นล้านปี ดังนั้นการคำนวณอย่างหยาบ ๆ ดังกล่าว จะชี้ให้เห็นว่าแนวคิดเรื่องแหล่งพลังงานเทอร์โมนิวเคลียร์ของดวงอาทิตย์และดาวฤกษ์ต่างๆ  คงจะเป็นแนวคิดที่ถูกต้อง นักฟิสิกส์ ชื่อ "เอช เบเธ" (H. Bethe) ได้เป็นคนแรกที่ให้ความคิดเห็นว่า "ปฏิกิริยาเทอร์โมนิวเคลียร์" อันเป็นแหล่งเกิดพลังงานของดวงอาทิตย์ อาจเป็นปฏิกิริยาสองชนิดดังต่อไปนี้ 

๑. วัฎจักรคาร์บอน

ปฏิกิริยาชุดนี้มีธาตุคาร์บอนเป็นตัวชักนำ หรือ "คะตะลิสต์" (catalyst) คาร์บอนเข้าร่วมในปฏิกิริยาในขั้นต้น และกลับคืนออกมาในขั้นสุดท้าย จึงไม่สูญเสียปริมาณไป ปฏิกิริยามี ๖ ขั้นด้วยกัน สมการที่แสดงต่อไปนี้ใช้อักษรสัญลักษณ์ของธาตุ โดยมีตัวเลขนำหน้า ข้างล่างเป็นอะตอมิกนัมเบอร์ (atomic number) และตัวเลขตามหลังข้างบนเป็นแมสนัมเบอร์ (mass number) ของธาตุสัญลักษณ์ r แทน "รังสีแกมมา" ซึ่งเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (พลังงาน) และเครื่องหมาย e+ แทน "อนุภาคโพสิตรอน" ซึ่งมีมวลเท่า "อิเล็กตรอน" แต่มีประจุบวก

 

วัฏจักรคาร์บอน
หนังสือสารานุกรมไทยสำหรับเยาวชน ฯ เล่ม 1

 

จะเห็นได้ว่าในสมการปฏิกิริยาหกขั้นข้างบนนี้ "อะตอมคาร์บอน ๑๒" เริ่มเข้าทำปฏิกิริยาในขั้นต้น และกลับคืนออกมาจากปฏิกิริยาในขั้นสุดท้าย "โปรตอนหรือแก่นกลางอะตอมไฮโดรเจน" เข้าสู่ปฏิกิริยาในขั้นที่หนึ่ง สาม สี่ และ หก ที่ละตัว รวมสี่ตัวด้วยกัน เกิดเป็น "แก่นกลางอะตอมของธาตุฮีเลียม" ขึ้นมาในปฏิกิริยาขั้นที่หก ส่วน "ไนโตรเจน ๑๓"  "ไนโตรเจน ๑๔" "ไนโตรเจน ๑๕" "คาร์บอน ๑๓" และ "ออกซิเจน ๑๕" นั้น เกิดมาชั่วระยะหนึ่งแล้วก็สลายตัวหรือเข้าร่วมปฏิกิริยาขั้นต่อไปจนหมด 'โพสิตรอน' นั้นทันทีที่เกิดขึ้นก็จะเข้าทำปฏิกิริยากับ "อิเล็กตรอน" ที่มีอยู่มากมายทั่วไป โดยทำลายซึ่งกันและกัน จนแปรมวลของทั้งคู่ให้เป็นพลังงานในรูปรังสี สำหรับ "นิวตริโน" นั้นก็จะเล็ดลอดวิ่งออกไปจากดวงอาทิตย์โดยสะดวก เพราะเป็นของเล็ก เบา ไม่มีประจุไฟฟ้า และมีความเร็วสูง

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

 

 

แผนภาพวัฏจักรคาร์บอน
หนังสือสารานุกรมไทยสำหรับเยาวชน ฯ เล่ม 1

 

"แผนภาพวัฏจักรคาร์บอน" แสดงปฏิกิริยาของอนุภาคใจกลางของอะตอมของธาตุ ซึ่งเป็นผลให้โปรตอนสี่ตัวรวมกันเข้าไปใจกลางอะตอมฮีเลียมหนึ่งตัว โดยอาศัยใจกลางอะตอมคาร์บอน ๑๒ หนึ่งตัวเป็นคะตะลิสต์ กล่าวคือ เข้าทำปฏิกิริยาร่วมด้วยในตอนต้น แล้วกลับออกมาจากปฏิกิริยาโดยตัวเองไม่เปลี่นแปลง ตัวเลขและอักษรที่เขียนไว้ในวงกลมแทนอะตอมนั้น แสดงจำนวนโปรตอนและนิวตรอน เช่น คาร์บอน ๑๒ มีโปรตอนหกตัวและนิวตรอนหกตัว

 

คาร์บอน
หนังสือสารานุกรมไทยสำหรับเยาวชน ฯ เล่ม 1

 

เมื่อพิจารณาสรุปรวมผลแล้ว จะเห็นว่าสิ่งที่เข้าสู่ปฏิกิริยาวัฏจักรนี้ คือ คาร์บอน ๑๒ หนึ่งตัว โปรตอนสี่ตัว กับอิเล็กตรอนสองตัว สิ่งที่เกิดจากปฏิกิริยา คือ นิวตริโนสองตัว รังสีพลังงานหกควอนตา หน่วยของรังสีพลังงานอนุภาคแอลฟาหรือฮีเลียม ๔ และคาร์บอน ๑๒ ซึ่งกลับออกมาจากปฏิกิริยา พร้อมที่จะใช้ได้อีกในวัฏจักรต่อๆ ไป

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

 


การใช้โปรตอน (ซึ่งเป็นใจกลางอะตอมไฮโดรเจน) ไปสี่ตัว และเกิดฮีเลียม ๔ ขึ้นนี้ นับว่าธาตุไฮโดรเจนรวมกันเข้าเป็นฮีเลียมและคายพลังงานออกมาในรูปของรังสี และการเคลื่อนที่ของอนุภาคต่างๆ

 

แผนภาพโปรตอน
หนังสือสารานุกรมไทยสำหรับเยาวชน ฯ เล่ม 1

 

แผนภาพปฏิกิริโปรตอน
หนังสือสารานุกรมไทยสำหรับเยาวชน ฯ เล่ม 1

 

พลังงานที่เกิดขึ้นจากปฏิกิริยาในรูปรังสีแกมมาจะแผ่กระจายออกจากบริเวณต้นกำเนิดในใจกลางของดวงอาทิตย์ และเนื่องจากเนื้อสารของดวงอาทิตย์ประกอบด้วยอะตอมของธาตุต่างๆ มีปริมาณมากมาย ห่อหุ้มส่วนใจกลางอยู่ รังสีแกมมาจึงไม่สามารถไชทะลุผ่านออกมาถึงพื้นผิวได้ แต่ก็จะมีการถ่ายทอดและแปรสภาพเป็นรังสีธรรมดา ซึ่งมีขนาดคลื่นและพลังงานน้อย กล่าวคือ กลายเป็นแสงสว่างและความร้อนแผ่กระจายจากผิวดวงอาทิตย์ออกไปในอวกาศโดยรอบ 


แต่ก่อนเคยคิดว่าปฏิกิริยาให้พลังงานของดวงอาทิตย์ส่วนใหญ่เป็นแบบวัฏจักรคาร์บอน ในปัจจุบันข้อมูลทางวิชานิวเคลียร์ฟิสิกส์บ่งให้เห็นว่าในกรณีของดวงอาทิตย์ ปฏิกิริยาโปรตอน- โปรตอน ซึ่งจะกล่าวต่อไปตามข้อ ๒ มีความสำคัญกว่าวัฏจักรคาร์บอนซึ่งเกิดเป็นส่วนใหญ่ในดาวฤกษ์ ที่มีอุณหภูมิที่ใจกลางสูงกว่าดวงอาทิตย์ของเรา 

 

_______________________________________________________________________________________________________



๒. ปฏิกิริยาโปรตอน-โปรตอน

ในปฏิกิริยาแบบนี้มีโปรตอนหกตัว เข้าสู่วงปฏิกิริยาซึ่ง ทำให้เกิดฮีเลียม ๔ ขึ้นหนึ่งตัว มีโปรตอนสองตัว เหลือและกลับเข้าทำปฏิกิริยาในรอบต่อไป

 

ปฏิกิริยาโปรตอน-โปรตอน
หนังสือสารานุกรมไทยสำหรับเยาวชน ฯ เล่ม 1

ทั้งนี้เพราะสมการ (๑) และ (๒) จะต้องเกิดขึ้นสองครั้งเมื่อมี ฮีเลียม ๓ จำนวนสองตัว มาทำปฏิกิริยาขั้นที่ (๓) ครั้งหนึ่ง 

 

 

บทสรุป

ปฏิกิริยาทั้งสองชนิดจะเกิดได้ก็ต่อเมื่อโปรตอนและอนุภาคแก่นกลางปรมาณูอื่น ๆ นั้น มี ความหนาแน่นสูง (กล่าวคือมีจำนวนมากในปริมาตรจำกัด) และต่างมีความเร็วสูงพอที่จะวิ่งฝ่า แรงผลักระหว่างประจุไฟฟ้าเข้าชนกันได้ สภาพเหมาะสมดังกล่าว คือความหนาแน่นและอุณหภูมิสูงมากนั้น มีอยู่ในบริเวณใจกลางของดวงอาทิตย์ ซึ่งคำนวณกันว่ามีอุณหภูมิ ๑๓.๖ ล้านองศา สัมบูรณ์ และมีความกดดัน ๒ x ๑๐๑๑ ต่อตารางเซนติเมตร หรือประมาณ ๒ แสนล้านเท่าของความกดดันของบรรยากาศที่พื้นผิวโลกของเรา

 

 

เว็บไซต์ทรูปลูกปัญญาดอทคอมเป็นเพียงผู้ให้บริการพื้นที่เผยแพร่ความรู้เพื่อประโยชน์ของสังคม ข้อความและรูปภาพที่ปรากฏในบทความเป็นการเผยแพร่โดยผู้ใช้งาน หากพบเห็นข้อความและรูปภาพที่ไม่เหมาะสมหรือละเมิดลิขสิทธิ์ กรุณาแจ้งผู้ดูแลระบบเพื่อดำเนินการต่อไป
Tags
  • Posted By
  • Plookpedia
  • 1 Followers
  • Follow