Бесплатные рефераты


В мире
Календарь новостей
« Ноя.2017
Пн.Вт.Ср.Чт.Пт.Сб.Вс.
  12345
6789101112
13141516171819
20212223242526
27282930   
ВНИМАНИЕ!!!
УВАЖАЕМЫЕ ПОЛЬЗОВАТЕЛИ!!!
Сайт поменял владельца и на нём грядут большие перемены.
Убедительная просьба не пользоваться покупкой рефератов через смс.
ДАННЫЙ СЕРВИС БОЛЬШЕ НЕ РАБОТАЕТ
Стоит вопрос об его удалении, дабы сделать рефераты бесплатными. Извините за неудобство и спасибо за понимание
Поиск реферата

Возможность термоядерных реакций с участием кварков

Что является источником энергии Солнца? Если на этот вопрос отвечать кратко, то термоядерные реакции в недрах Солнца, в ходе которых происходит синтез гелия из водорода с выделением энергии. Однако подробное изучение этого вопроса позволяет выделить несколько типов солнечных термоядерных реакций.

Если Вас интересуют подобные вопросы, то возьмите на заметку - интересные статьи по физике можно прочесть на сайте http://www.science-techno.ru.

Единственным отличительным признаком реакций разных типов, доступным наблюдению с Земли, может служить поток нейтрино, испускаемых на промежуточных стадиях в этих реакциях. В принципе этот поток может быть с высокой точностью измерен земными детекторами, поскольку нейтрино крайне слабо взаимодействуют с веществом — через внешние слои Солнца они проникают практически беспрепятственно. Начиная с 1967 г. Р. Дэвис-младший из Брукхейвенской национальной лаборатории проводил измерения потока солнечных нейтрино с помощью детектора, расположенного в золотоносной шахте Хоумстейк (шт. Южная Дакота). Полученные им результаты озадачили физиков-теоретиков; измеренный поток солнечных нейтрино оказался в четыре раза меньше предсказанного. И лишь в 80-х четверо физиков из Университета шт. Огайо предложили но¬вую схему реакции синтеза гелия, которая позволяет решить возникшую проблему. Р. Бойд, Р.Тернер, М.Вишер и Л.Рибарчик предположили, что в центральной части Солнца существуют экзотические атомные ядра с дробным электрическим зарядом. Работа физиков из Огайо опубликована в журнале «Physical Review Letters».

Частицы с дробным зарядом, если они вообще существуют, должны встречаться крайне редко. Положение о том, что все электрические заряды кратны заряду электрона, стало общепризнанным как одно из основных свойств материн со времени опытов Р. Малликена в начале прошлого столетия. Однако, согласно созданной теории квантовой хромодинамики (КХД), вся ядерная материя состоит из кварков — частиц с зарядом, равным 1/3 или 2/3 заряда электрона. В большинстве вариантов теории КХД отвергается возможность существования кварков в свободном виде — они могут находиться только в связанном состоянии, образуя частицы с целочисленным зарядом. Например, протон состоит из двух u-кварков с зарядом 2/3 каждый и одного d-кварка с зарядом — 1/3; суммарный заряд равен 1. Хотя КХД и не предсказывает существования связанных состояний кварков с дробным результирующим зарядом, имеются экспериментальные данные, указывающие на возможность их обнаружения. В 1981 г. У.Фейрбэнк, Дж. Лару и Дж.Филлипс из Станфордского университета сообщили об обнаружении дробного электрического заряда у крохотного ниобиевого шарика. Хотя результат станфордских физиков не был подтвержден другими экспериментами, высокая точность их опыта не позволяет его не учитывать.

Физики-теоретики из Университета шт. Огайо предполагают в своей работе, что на Солнце ядра с дробным зарядом служат катализатором в ранее неизвестном цикле нуклеосинтеза гелия. До сих пор в качестве источников солнечной энергии рассматривались два основных цикла ядерных реакций. Первый, в ходе которого выделяется основная часть энергии, начинается с объединения двух протонов в ядро дейтерия, поэтому его называют водородным, или протон-протонным (рр), циклом. На этой стадии (ветви) происходит испускание нейтрино, однако средняя энергия этих нейтрино слишком мала, чтобы их можно было обнаружить с помощью детектора Дэвиса. Нейтрино с более высокой энергией, доступные наблюдению, испускаются на последующих стадиях рр-цикла. Согласно стандартной солнечной модели, в реакциях этого цикла синтезируется 98% всего гелия и высвобождается 98% излучаемой Солнцем энергии.

Вторым основным типом термоядерных реакций на Солнце является так называемый углеродно-азотный (СNO) цикл. Впервые его предложили в 1939 г. независимо друг от друга Х.Бете из Корнеллского университета и К. фон Вейизеккер. В ходе этого цикла ядра углерода-12 захватывают один за другим три протона, в результате чего образуются все более тяжелые ядра. Захват протонов продолжается до образования ядер азота-15, каждое из которых состоит из 7 протонов и 8 нейтронов. После захвата четвертого протона образовавшееся ядро распадается на ядро гелия и ядро углерода-12 и цикл начинается сначала. Согласно стандартной солнечной модели, на долю CNO-цикла приходится 2% излучаемой Солнцем энергии.

При относительно небольших изменениях температуры термоядерных реакций в недрах Солнца регистрируемый земными приборами поток высокоэнергетических нейтрино может изменяться в широких пределах. Это навело исследователей из Огайо на мысль о том, что можно согласовать наблюдаемый поток нейтрино с теоретически предсказанным, если предположить, что температура в той области Солнца, из которой они излучаются, несколько меньше, чем считалось ранее. Например, если температура меньше на миллион градусов Кельвина (13,4 млн. градусов вместо 14,4 млн. градусов), то поток нейтрино с энергией, достаточной для регистрации, уменьшится в четыре раза. Однако такое снижение температуры должно привести к снижению потока солнечной энергии на 22%, если только не предположить, что существует еще неизвестный тип реакций нуклеосинтеза гелия. Предложенный группой из Огайо новый цикл восполняет недостаток энергии излучения без изменения потока энергетических нейтрино.

В новом цикле ядра с дробным зарядом играют ту же роль, что и ядра углерода-12 в CNO-цикле: они служат катализатором в процессе захвата свободных протонов. Исходным материалом для этого цикла служат так называемые «кварковые» ядра гелия, т.е. ядра, состоящие из двух протонов, двух нейтронов и u-кварка; заряд такого ядра равен 2 2/3. Сначала к этому ядру поочередно присоединяются три протона, и в результате образуется частица, состоящая из трех протонов, четырех нейтронов и u-кварка; по сути дела, это ядро литня-7, к которому присоединен u-кварк. После присоединения четвертого протона оно распадается на обычное ядро гелия и «кварковое » ядро гелия; затем цикл начинается сначала. Основной результат нового никла, так же как и двух известных ранее, состоит в том, что четыре протона объединяются в ядро гелия с выделением энергии и нейтрино. Однако, по мнению группы из Огайо, реакция может протекать таким путем, что энергия излучаемых нейтрино будет слишком мала для их регистрации земными приборами.

Новый цикл может возместить недостающие 22% солнечной энергии, если на 1015 обычных ядер гелия в недрах Солнца будет приходиться одно ядро с дробным зарядом. Такое соотношение находится в пределах погрешности эксперимента станфордскнх физиков. Тем не менее к предложенной модели нужно подходить с осторожностью, поскольку, во-первых, результаты станфордского эксперимента полностью не проверены, и во-вторых, «кварковый нуклеосинтез» может восполнить недостаток нейтрино лишь при очень жестких ограничениях на предполагаемое снижение температуры в недрах Солнца. По мнению У.Фаулера из Калифорнийского технологического института, для подтверждения какой-либо из теорий, объясняющих механизм возникновения солнечной энергии, необходимо сооружение более чувствительного детектора нейтрино. Один из предложенных вариантов подобного детектора представляет собой резервуар, заполненный 50 т. галлия. Основное препятствие на пути реализации этого проекта состоит в том, что требуемое количество галлия превышает годовой объем его мирового производства и его стоимость равна более 25 млн. долларов.

Основано на материале из журнала «В мире науки»

Опубликовано: 25.08.14 15:01 | Просмотров: 288 | [ + ]   [ - ]   | Печать
Рекомендуем
{dnmbottom}
БАНК РЕФЕРАТОВ содержит более 70 000 рефератов, курсовых, контрольных работ, сочинений и шпаргалок.