Образование химических элементов в космических телах 1 | страница 56

Изучение спектров звездных атмосфер, как мы видели ранее, дает возможность определить температуру и плотность вещества звезд на их поверхности. На основании законов классической физики можно показать, что по мере продвижения в центр звезды температура я плотность резко увеличиваются. Например, в центре Солнца температура возрастает до 20 млн. град, а плотность вещества почти в 100 раз превышает плотность воды.

При температуре 20 млн. град, энергия теплового движения ядер водорода в плазме равна около 2 кэв. Из лабораторных опытов известно, что ядерные реакции с заряженными частицами вследствие потенциального барьера, возрастающего с увеличением порядкового номера элемента, не могут протекать при такой низкой температуре. Тем не менее имеются доказательства возможности протекания таких реакций, правда, с очень малой вероятностью. Это объясняется двумя обстоятельствами: максвелловским распределением скоростей частиц и туннельным эффектом.

Рис. 31. Распределение частиц по скоростям их теплового движения.

В 1860 г. английский физик Дж. Максвелл установил закон распределения скоростей частиц газа, согласно которому при любой температуре существует некоторое число частиц со скоростями, значительно превосходящими среднюю скорость при данной температуре (рис. 31). Поэтому при любой температуре имеется какое-то сравнительно небольшое число частиц, энергия которых резко превышает среднюю энергию частиц(F_>T); последняя может быть найдена из уравнения

Можно вычислить, что при температуре в десятки миллионов градусов средняя энергия теплового движения ядер водорода составит величину порядка нескольких килоэлектронвольт, а для части частиц за счет максвелловского распределения — значительно больше.

Если бы ядерные частицы подчинялись законам классической механики, то они могли бы преодолеть кулоновский барьер атомных ядер только при энергиях порядка нескольких мегаэлектронвольт. Но поскольку они подчиняются законам квантовой механики, они могут как бы «проныривать» кулоновский барьер (см. рис. 7), и таким образом сближение ядра и частицы происходит при более низких энергиях. Это прохождение частиц через потенциальный барьер называют туннельным эффектом. Для иллюстрации этого явления укажем, например, что реакция Li^>7(р, 2α) протекает при энергии протонов меньше 0,2 Мэв, хотя высота потенциального барьера в пять раз больше.

Из вышеизложенного можно сделать вывод, что синтез ядер возможен за счет реакции между заряженными частицами при энергиях порядка нескольких килоэлектронвольт. Это объясняется также и тем, что число ядер водорода в центре звезды благодаря высокой плотности вещества значительно выше, чем можно получить на современных циклотронах. Это приводит к увеличению числа столкновений между ядрами водорода.