Тақырып №36. Жұлдыздар ядросы термоядролық реактор ретінде.

6.2 Сабақ міндеті:

1.Жұлдыздар ядросы жайында ұғындыру.

2. Білімгерлердің білімін арттыру, тереңдету.

3.Білімгерлерді ұқыптылыққа тәрбиелеу.

6.3 Дәріс тезисі:

Күн – қатты қызған (беткі температурасы – 6000С), плазмалық шар (тығыздығы 1,4 г/м3). Оның лаулаған от пен протуберанецтер орналасқан тәжі бар. Күннің сәуле шығаруының – күннің белсенділігінің – 11 жылдық циклі бар. Күннің белсенділігінің ең жоғарғы шегінде оның бетінде ерекше көп дақ байқалады. Сутегінің гелийге айналуы кезінде
термоядролық реакциялар күн энергиясының көзі болып табылады. Алғаш рет термоядролық реакциялардың жүріп өтуіне қажетті температураны теориялық түрде Артур Эддингтон есептеп шығарған. Неміс физигі Ганс Бете (1967 жылы Нобель сыйлығын алған) Күнде жүретін сутегімен гелийдің термоядролық синтезінің реакциясын есептеп шығарды.
Күн жүйесі мен жұлдыздардың пайда болуы жайлы кез-келген проблема немесе гипотезаның негізінде, Ғаламның үш фундаменталдық ерекшелігі бар: біріншіден Ғаламдағы заттардың басым көпшілігі сутегіден (75%), гелийден (25%) және басқа да химиялық элементтердің азғантай бөліктерінен құралған; екіншіден Ғаламның кезкелген нүктесінде жұлдызаралық газ және шаң бар; үшіншіден Ғаламда барлық заттар айналмалы және турбулентты қозғалыста (галактиканың формасы спираль тәріздес, жұлдыздар айналуда, планеталар күнді айналады және т.б.). Сондай ақ бізге Күн жүйесінің жасы 5 млрд жылға тең екендігін білеміз. Бұл мағлұмат бізге ғаламның өзіміз орналасқан бөлігінің тарихын елестетуге мүмкіндік береді.
Күн жүйесінің пайда болуы жөнінде бірнеше гипотезалар бар. Өткен ғасырда осындай гипотезаны И.Кант ұсынды. Бұл гипотезаны П. Лаплас қолдады. Жақын арада ғана В.Фесенков пен О. Шмидтің жаңа гипотезалары пайда болды. Бұл гипотезалардың басқа гипотезалардаң айырмашылығы, оларға сәйкес планеталар бастапқы ыстық компоненттерден емес, суық күйдегі заттардан түзілген. Швед астрофизигі Х.Альвен ұсынып, кейін Ф.Хойл жетілдірген Күн жүйесінің пайда болуы гипотезасының электромагниттік варианты қазіргі таңда кең таралған.

Жұлдыздардың пайда болу үрдісі галактикада үздіксіз жүреді. Кезкелген уақытта газ бен шаң, турбуленттік күштердің әсерінен гравитациялық ядролар – протожұлдыздардың элементеріне үнемі қосылып жатады. Пайда болған глобула протожұлдыз басынан бастап гравитациялық ядролардан қалған айналмалы қозғалысқа ие болады. Глобула үлкейе бере ақырында ыстық болғандығы соншалық, оның ішінде атомдық синтездің реакциялары өте бастайды.
Қызудың белгілі бір шегіне жеткен кезде глобула өзінің қабығына айналған, қалған затты жарып, жан – жаққа шашыратып тастайды. Глобуланың сығылуы оның массасына прапорционалды түрде ұлғаяды. Ақырында ол атомдар өздерінің электрон қабықшаларын жоғалтатын температураға да жетеді. 15 млн градустық температурада ядролық синтез реакциялары басталады.
Сутегі ядролары орасан зор энергия бөле отырып, гелий ядроларын түзеді. Ағылшын астрофизигі А. Эддингтонның анықтағандай, біздің Күніміз осы ядролық реакциялар жүретін термоядролық қазан болып табылады. Оның ядросының температурасы 15 млн градус, ал бетінің температурасы 60000С-ге тең. Эдингтон Күнді құрайтын газдың тұрақты тепе- теңдігін түсіндірді. Оның түсіндірмесі бойынша тартылыс күші газдардың сығылуын тудырады, ал сығылуға газдардың қысымы кері әсер етеді. А.Эддингтон, бұдан басқа радиациялық қысымның жұлдыздардың ішінде бар екендігін ескерді, ал сәуле шығару жұлдыздың ішінде интенсивті жүретін болғандықтан, радиациялық қысым да елеулі болуы тиіс.
Бұл жерде гелийді күл ретінде қалса, сутегі қанша уақыт жануы мүмкін деген сұрақ пайда болады. Жұлдыздың массасына байланысты бұл үрдіс ұзақ немесе жылдам болуы мүмкін. Массалары Күннің массасындай жұлдыздарда сутегі миллиардтаған жылдар бойы жануы мүмкін. Бірақ сутегінің қоры шексіз емес, олар қашан да болсын таусылады.
Бұл жағдайда галактикадағы сутегінің қоры таусылғаннан кейін 100 млн градус температурада гелий жана бастайды деп жорамалданып отыр. Ендігі күл оттегі мен көміртегі болады. Оттегі мен көміртегі жану үшін біздің күннің массасы жеткіліксіз. Бірақ осы кезге дейін де күнде елеулі процестер өтеді.

Гелий сутегіден ауыр, сондықтан ол жанып біткен соң орталықта жиналып қалады. Енді сутегі қабықтың ішінде жанады. Ал орталықта қалған гелийлік шар, қызған сайын үлкейе бастайды. Оның температурасы да көтеріле бастайды. Біздің Күнңің көлемі үлкейе бастайды. Бұл құбылыс бүкіл Күн жүйесін катастрофалық процестерге алып келеді. Мысалға, Жерде поляр мұздықтары еріп, мұхиттар буланып, планетаны қалың тұман қаптап, онда үздіксіз жаңбыр жауады. Гелийлік өрт оны қоршаған сутегілік қабықшаны жарып, нәтижесінде бүкіл планеталық жүйеге таралып, көптеген планеталардың атмосферасын жұлып кетіп, оларды өртеп жібереді.

Бұдан соң ядролық пеш сөнеді. Бірақ Күн гелийлік жарылыста жойылмайды. Жарылыстың ықпалы күн бетіне жеткенше оның сыртқы қабықшасы суыи бастайды. Гелий осыдан кейін қайта жиналып, жоғарыда көрсетілген реакция қайта басталады. Ішкі қабаттардағы температура өсіп, сыртқы қабаттардағы температура төмендейді. Ақырында атомдар түзілуге қажетті жағдайлар туып, фотондардың ағыны басталады.

Көп мөлшерде жылу бөлінумен қатар жүретін бұл үрдіс белгілі бір шекке жеткенде, Күннің қабықшасы кеңістікке шашырап кетеді, яғни күн жарылады. Сыртқы қабығынан айрылған Күн ақ карликке айналып, тып – тыныш бірнеше милиондаған жылдарға созылған тіршілігін жалғастыра береді.

Егер Күннің массасы үлкен болғанда сутегінің жану процесі басқа химиялық элементтердің, мысалы, неон, магний, кремний, фосфор, күкірт, никель, т.б. түзілгенге дейін жүре берер еді. Бұл элементтердің барлығы бір-біріне кигізілген матрешкалар секілді жанатын еді, мысалы, магний – неондық қабықта, фосфор - кремнийлік қабықта және т.б. Бірақ, темірге жеткенде бұл процес тоқтайды. Себебі, темір жанбайды. Бірақ қысым мен температура жоғарылағандығы соншалық, ең соңында электрондар мен протондар бір-бірімен қысылысып, нәтижесінде тек нейтрондар ғана қалатын жағдайға жетеді.

Олардың алатын орны аз болатындықтан жұлдыздардың орталық өзегі одан ары сығылады, сонымен қатар қосымша энергия бөледі, бұл энергияның әсерінен сығылу процесі тездетіле түседі. Нәтижесінде көптеген нейтринолар пайда болады, бұл әлсіз бөлшектер жүйеден тез арада сыртқа шығып кетеді. Жұлдыздардың орталық бөлігінде энергия жетпегендіктен сығылу қайтадан күшейеді. Нейтринолардың ағыны ұлғаяды, бірақ олар енді жұлдыздардан бөлініп шығып кете алмайды, себебі сыртқы қабаттар өздерінің тығыздықтарын ұлғайтады. Бұл кезде гравитациялық күштердің Күн жүйесі
әсерінен аса жаңа жұлдыздың жарылысы деп аталатын жарылыс болуы мүмкін.

6.4 Үлестірмелі материал:электрондық кітаптар, тесттер, карточкалар

6.5 Пайдаланған әдебиеттер:

1. Физика: Жалпы білім беретін мектептің жаратылыстану-математика бағытындағы 10-сыныбына арналған оқулық/ Б.Кронгарт, В.Кем, Н.Қойшыбаев.-Өңд., толықт. 2-бас. Алматы: Мектеп, 2010-384 б., сур.

2. Физика: Жалпы білім беретін мектептің жаратылыстану-математика бағытындағы 11-сыныбына арналған оқулық/ С.Тұяқбаев, Ш.Насохова, Б.Кронгарт, т.б.- Алматы: “Мектеп” баспасы. -384 б., сур.

3. Савельев И.В. Жалпы физика курсы. – Алматы, Мектеп, 1,2,3 том, 2000

4. Волькенштейн В.С. Жалпы физика курсының есептер жинағы. – М., Наука, 2000

5. Иродов И.Е. Жалпы физика курсының есептер жинағы. М: Наука, 2006

Бақылау сұрақтар

1.Жұлдыздар ядросы дегеніміз не?

2.Күн жүйесінің жасы қаншаға тең?