なぜ太陽の融合プロセスが加速しないのですか？

太陽の融合プロセスは一定である、つまり、1日あたりのXの融合の量は多かれ少なかれ発生すると私は言っていますか。なぜこれがスピードアップしないのですか、つまり、1つのフュージョンイベントが2つのフュージョンイベントのエネルギーを生成するなどです。原子が衝突するたびに核融合イベントが発生しますか、それとも核融合イベントが発生する可能性が小さいため、暴走反応ではありませんか？フュージョンイベントが発生する確率は、すべての衝突で10 ¹²分の1に過ぎないと聞いています。

the-sun stellar-astrophysics

— カリエ
ソース

核融合によって生成されるエネルギーは、核からの放射線の拡散によって失われるエネルギーとほぼ正確に釣り合っています。

— Martin Bonnerがモニカ

@MartinBonner私はこれに同意します-私の質問は、すべての衝突がクーロン障壁または限られた量/パーセンテージのみを克服すること、そしてなぜ暴走反応がないのですか？つまり、より多くのエネルギー、より多くの拡散

— Kallie

フュージョンプロセスは温度に敏感です。星は通常流体力学的平衡に留まっているため、温度は変化しません。つまり、核融合速度は一定です。

— Kornpob Bhirombhakdi

もし今それが急速にスピードアップしている時点であったなら、私たちはそれを見るためにここにいることはないでしょう。あなたは今、仮定の速度が平衡にかなり近い時間であることができますので;-)

— R .. GitHubのSTOPはICE手助け

間違っている、つまり連続する核融合イベント間には直接的な関係があるべきだという質問で、1つの点が漠然と示唆されています。核融合イベントは単に一般的な熱エネルギーに寄与し、核融合イベントを引き起こすのは熱の動きです。核分裂とは異なり、核融合イベントは、他の核融合イベントを直接引き起こす反応生成物を生成しません。したがって、残っている唯一の問題は、地球規模でのエネルギー生産と環境への損失がどのようにバランスが取れているかということです。

— Marc van Leeuwen、

回答:

太陽の融合プロセスは一定である、つまり1日あたりX回の融合が行われると言っていいのでしょうか。

はい、少なくとも人間のタイムスケールでは。太陽内の融合率は、今日では数千年前または将来と同じであると合理的に期待できます。

なぜこれがスピードアップしないのですか、つまり、1つのフュージョンイベントが2つのフュージョンイベントのエネルギーを生成するなどです。

核融合によって放出されたエネルギーは、太陽の中心に熱エネルギーとして急速に分配され、表面（約6000K）と中心（推定1500万K）の間の温度差により、エネルギーが高温から低温に流れます。

原子が衝突するたびに核融合イベントが発生しますか、それとも核融合イベントが発生する可能性が小さいため、暴走反応ではありませんか？

太陽の核融合は暴走核反応ではありません（核分裂反応におけるウランの臨界質量のような）。

理論的には核融合が暴走する可能性はありますが、これらが発生するための圧力と温度は太陽の中心部ではアプローチされません。太陽のような安定した星の場合、力とエネルギーの流れは平衡状態にあります。コアがわずかに熱くなった場合、圧力が増加し、重力の力に対して星がわずかに膨張して補償します。星が平衡から外れ、いくつかのシナリオで暴走核融合点火が発生する可能性がある場合、興味深いことが起こります。

さらに、この平衡点は、融合によって要素の混合が変化するため、星の寿命の間に移動します。これは多くの星で予測可能であり、ヘルツスプルングラッセル図の主系列星の基礎を形成します

融合イベントが発生する確率は、すべての衝突で10 ^ 12分の1であると聞きました

その正確さはわかりませんが、妥当なようです。「衝突」の定義は、このような高温で高密度な環境ではやや恣意的になります。強い核力が相互作用を支配するのに十分近いアプローチのみを含める場合、比率はより高くなる可能性があります。

同じ分野で興味深いと感じたもう1つの事実は、太陽の下での溶融による電力密度（つまり、物質の立方メートルあたりのワット数）が、通常の堆肥の山で見られるものとほぼ同じであることです。これは、核融合炉実験や核融合爆弾の内部とは非常に異なる環境であり、非常に高い出力密度を持っています。

— ニール・スレーター
ソース

あなたの最後のポイントについて、太陽の強力な出力が私たちに融合の力についてではなく、太陽がどれほど大きいかについてより多くを教えてくれるのは魅力的です！そして、それは、原子炉が「太陽の力を再現する」という考えが一種の啓蒙的ではないことを示しています...太陽はそれを簡単な方法でやっています:-)

— SusanW

@SusanWまた、低出力密度は、重力が非常に非常に弱いことを示しています。体積あたりのその小さな出力は、太陽の塊全体が崩壊して白い矮小物質になるのを防ぐのに十分です。恒星の核融合は、崩壊を止めるのに必要なだけのエネルギーを（ある点まで、つまりブラックホール密度で）生成することができます。、私たちの太陽と比較して、最小がどれだけ長く続くことができるか。

— ハイド

@SusanW統計は少し不愉快です。なぜなら、そのすべての電力を生み出しているのはコアであり、太陽の体積の1％未満しか占めていないからです。

— キュービック

4 \times 10^{26} W

$4 \times 10^{26} W$

2 \times 10^{25} m^{3}

$2 \times 10^{25} m^3$

20 W m^{- 3}

$20 Wm^{-3}$

@NeilSlaterその場合、ステートメントを誤って解釈した可能性があります

— キュービック

いいえ、太陽の融合率は時間的に完全に一定ではありません。太陽は次第に明るくなり、その光度はコアの融合によってほぼ独占的に提供されます。しかし、その増加率はそれほど大きくなく、10億年あたり10％程度です。

$^3$

$10^{10}$ $3 \times 10^{-18}$ $^{-1}$ $v \simeq (3k_B T/m_p)^{1/2} = 600$ $15\times 10^{6}$ $n_p \sim 6 \times 10^{31}$ $^{-3}$ $\sigma \sim \pi (\hbar/mv)^2$ $n_p \sigma v \sim 10^{12}$ $^{-1}$

$3\times 10^{29}$

太陽の融合率が急速に増加した場合、何が起こるかは太陽が膨張し、コアの密度が低くなり、融合率が低下することです。これは基本的にサーモスタットとして機能し、太陽を正確な温度に保ち、太陽を自重に支え、その表面から出てくる光度を供給します。

— ロブ・ジェフリーズ
ソース

「非効率的」はエネルギーが浪費されることを意味し、そうではないため、「融合プロセスは非常に非効率的」を別の言い方で置き換えます。つまり、私にとって融合プロセスは実際には非常に効率的であり、太陽は何十億年もの間安定した状態を保つことができます。

— ハイド

さらに、フュージョンが暴走しない理由についての通常の説明は不完全です。完全な話になり得ない単純な話は、融合が速すぎると、熱が蓄積して過剰圧力が生じることです。その過剰圧力は膨張を引き起こし、膨張は機能して温度を下げ、放射脱出率に一致するまで核融合を減少させます。

これが不完全である理由は、固定された外圧に対してのみ発生した場合、膨張作用は安定性を引き起こさないためです。その作用量は、それを安定させるには常に不十分です（これにより、星の寿命の後半で「シェルフラッシュ」が発生します）。。このような分析に重力がどのように含まれるかから簡単にわかるように、融合を安定させることができる唯一のものは、重力に対する追加の作業です。したがって、局所的な暴走がガスを太陽の中心から持ち上げ、その結果重力仕事をするという正味の結果を持つことが重要であるに違いありません。確かに、太陽の融合は膨張と重力の持ち上げの組み合わせによって安定していると言う方がより公正でしょう。

— ケンG
ソース