天文学课件之7

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1、大学物理第七章天体的演化恒星的能源中微子失踪之谜星云孕育恒星恒星化作星云恒星演化的结局大学物理1.太阳的能源L⊙≈3.8×1033erg/s,τ⊙≈5×109year可能的能源：(1)化学反应：2H+O→H2O+Eτ≤30year(2)引力收缩(KelvinandHelmholtz)：辐射→压力↘→收缩→温度↗→辐射τ~(GM⊙2/R⊙L⊙)~107year7.1恒星的能源大学物理1926年，爱丁顿首先提出恒星的能源只能是来自核反应。研究核反应的物理学家认为不可能.当时的物理学研究知道，只有当温度达到

2、几百亿度时，才能发生聚变。而恒星中心区域的温度达不到这样的高温，所以他们认为在恒星内部不可能发生核反应。最后还是爱丁顿胜利了，物理学家终于发现，由于量子力学的隧道效应，在恒星内部温度的条件下是可以发生核反应的。但并不是爱丁顿解决的这个难题，他提出的看法和他的名气促进物理学家研究这个问题。大学物理热核聚变反应核子1+核子2核子3+能量质量亏损,E=mc2核子1+核子2质量>核子3质量热核聚变反应要求粒子处于高温高密状态SirArthurS.Eddington(1882-1944)大学物理热核反应原理E

3、instein：E＝mc2原子核结合能：Q＝[(Zmp＋Nmn)－m(Z,N)]c2/AZ—核电荷数（原子序数），N—中子数A＝Z＋N原子量Fe元素具有最大的结合能结合能较小的原子核聚变成结合能较大的原子核会释放能量。大学物理(1)氢核聚变为氦核41H→4He+EnergyEnergy＝(4mH－mHe)c2≈(4×1.67×10-24－6.644×10-24)×c2≈4×10-5erg燃烧效率η≈0.7%大学物理大学物理氢核聚变为氦核这是最简单的聚变反应但是4个质子＋2个电子同时碰在一起太困难了。质

4、子之间的静电斥力和它们之间的距离的平方成反比。它们越接近，斥力越大。分几次完成是可行的。大学物理氢聚变是由分三个步骤完成：(Proton-Proton反应)1，两个质子碰撞并发生聚变，形成氢的同位素氘()2，由氘和质子碰撞形成氦的同位素氦3（）。3，两个氦3()碰撞形成氦核，完成由氢核聚变为氦核()的反应。大学物理质子－质子反应条件：8×106K＜T＜2×107K,M＜1.5M⊙共6个质子参与，形成两个质子、一个氦核、两个中微子、两个正电子和两个光子。同时释放24.158电子伏特的能量。大学物理(2)

5、碳氮氧循环(CNOcycle)T＞1.6×107K,M＞1.5M⊙①12C+1H→13N+γ②13N→13C+e++νe③13C+1H→14N+γ④14N+1H→15O+γ⑤15O→15N+e++νe⑥15N+1H→12C+4He大学物理（CNO）条件1.参加核反应的碳、氮、氧在反应前后并没有改变，特别是氮、氧是中间产物，产生了又消失。但一定要有碳存在；2.碳、氮、氧循环要求1500万的高温；比P－P反应要高。3.要有足够多的氢核(质子)，就可以成为稳定的能源。大学物理在两种循环中，都是4个氢原子核聚

6、变成1个氦原子核，损失质量，放出能量。在太阳内部，99％的能源来自于质子－质子反应，1％来自于碳循环。爱丁顿的理论站住了脚，而两种氢原子核聚变成氦原子核反应的发现者之一Bethe获得了1967年的诺贝尔物理奖。而C.F.Weizsacker却错过了NobelPrizeforPhysics.大学物理7.2中微子失踪之谜中微子是一种不带电、质量极小的亚原子粒子，它几乎不与任何物质发生相互作用。由W.Pauli于1930年提出，E.Fermi为它取了名字。1953年在宇宙线种证实了其存在。1962年在加速器

7、种观测到了踪迹。由3种中微子。在标准模型中，中微子没有质量。自然界的4种相互作用。25种基本粒子。大学物理太阳内部H核聚变释放能量的5%被中微子携带向外传输，每秒大约有1015个中微子穿过我们的身体。目前接收到的太阳的辐射（光子）实际上产生于105-107年前的太阳内部，而中微子则是在当前产生的。中微子非常难于观测，因为它几乎不与其他物质相互作用。大学物理太阳中微子的产生H+HD+positron+neutrinoH+H+electronD+neutrinoD+HHe3+gammarayHe3+

8、He3H+H+He4He3+He4Be7+gammarayBe7+positronLi7+neutrinoLi7+HHe4+He4Be7+HB8+gammarayB8Be8*+positron+neutrinoBe8*He4+He4大学物理太阳中微子的探测原理(1)中微子与C2Cl4（四氯乙烯）相互作用（几率非常小）37Cl+ν→37Ar+e(2)37Ar俘获内壳层电子37Ar+e→37Cl+ν(3)37Cl退激发释放光子Homestake