Todas las bombas nucleares artificiales explotan en una fracción de segundo. En los reactores nucleares hay barras, etc., que ralentizan la reacción. ¿Por qué no explota el sol si no hay controladores?

Answer 1

Esa es una excelente pregunta. Tienes razón, lo importante es qué tan rápidas o lentas son las reacciones.

Fusion vs Fission

La pregunta incluye dos tipos de reacciones nucleares que tenemos que separar para llegar a la respuesta. Las reacciones de fisión implican la división de elementos pesados ​​como el uranio (U235) y el plutonio (Pu239) en elementos más ligeros, liberando energía en el proceso.

Los reactores nucleares utilizan exclusivamente reacciones de fisión. Una parte clave del uso de reacciones de fisión para generar calor y, por lo tanto, electricidad es evitar que vayan demasiado rápido. Los moderadores (o controladores) son una forma de lograrlo.

Las bombas atómicas clásicas también usan fisión de U235 o Pu239. Con una masa crítica de cualquiera de los dos, la reacción aumenta exponencialmente rápido hasta que hay una explosión nuclear. Como son una bomba, quieres una reacción rápida. No se necesita moderación ni control.

Las reacciones de fusión son las reacciones nucleares de las bombas de hidrógeno y el sol. Las reacciones de fusión combinan elementos más ligeros para crear elementos más pesados ​​y liberar energía.

Bombas de hidrógeno y el sol

Debido a que las reacciones de fusión requieren temperaturas y presiones muy altas, una bomba de hidrógeno es detonada por una bomba atómica de fisión clásica. Es en la fusión que se hace la comparación con el Sol.

A menudo se dice que las bombas de hidrógeno o los reactores de fusión experimentales recrean en miniatura los procesos que ocurren en el centro del Sol . Esta es una simplificación útil pero NO ES ESTRICTAMENTE VERDADERA.

No hay reactores de fusión que generen electricidad, y las reacciones que usan complicarán la imagen, así que concentrémonos en las reacciones de fusión de varios isótopos de hidrógeno .

Isótopos de Hidrógeno

Un átomo de hidrógeno tiene por definición un protón en su núcleo. Ese protón puede ser por sí mismo “protio” (una palabra raramente usada); combinado con un neutrón, creando deuterio; o combinado con dos neutrones, creando tritio. A temperaturas muy altas, todo esto existe como plasma, es decir, podemos ignorar los electrones y solo considerar los núcleos (a continuación):

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Reacciones de fusión de isótopos de hidrógeno

Por simplicidad, solo considere las siguientes dos reacciones de fusión.

1. La reacción entre dos protones en el Sol.

Esta es la primera reacción en la llamada reacción en cadena protón-protón. La cadena continúa formando helio, que es mucho más rápido y es donde se libera la mayor parte de la energía. Los rayos gamma son la energía:

Pero la reacción inicial protón protón es la clave porque es muy muy lenta, incluso a 15 millones de grados Celsius en el centro del Sol. De hecho, solo uno de cada 10,000,000,000,000,000,000,000,000,000 colisión de dos protones resulta en la formación de deuterio. Es por eso que el Sol no explota. La vida del Sol es de unos 10 mil millones de años.

2. La reacción en una “bomba de hidrógeno”

Una “bomba de hidrógeno” es un nombre inapropiado, porque la reacción más importante es entre deuterio y tritio. Con cierta simplificación, estos son los ingredientes de la bomba de hidrógeno.

Si comenzamos con el deuterio y el tritio, caliéntelo y comprímalo a 100 millones de grados Celsius, esta reacción se produce muy rápidamente e inmediatamente libera mucha energía. Por eso explotan las bombas de hidrógeno.

Tritio y Deuterio en el Sol

Como puede ver, el deuterio (y el tritio) se forman en el Sol, pero duran muy brevemente. El núcleo de deuterio dura unos 4 segundos en el Sol antes de convertirse en helio. El tritio también se puede formar por la reacción de dos núcleos de deuterio, pero se consume aún más rápidamente.

En resumen: las bombas de hidrógeno no fusionan hidrógeno. No funcionarían si lo hicieran.

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Una breve nota sobre el deuterio que arde en las estrellas:

Aproximadamente el 0.02% del hidrógeno formado en el Big Bang era deuterio. En el proceso de formación de estrellas cuando las nubes de gas colapsan, se incluye este deuterio. Hay dos resultados diferentes:

Protostars

El deuterio se fusiona rápidamente a las temperaturas y presiones a las que se forman las estrellas, por lo que se consume rápidamente en la formación de objetos lo suficientemente grandes como para formar estrellas como el Sol. Por lo tanto, el deuterio es raro en los núcleos de las estrellas.

Enanas marrones

Los objetos estelares de menos del 8% de la masa del Sol nunca estarán lo suficientemente calientes y densos como para comenzar la cadena protón-protón. Pero los objetos entre el 8% y el 1.3% de la masa del Sol pueden “quemar” el deuterio, pero lo hacen a aproximadamente 1,000,000 de grados Celsius y a bajas presiones, condiciones bajo las cuales el deuterio no explota. Estas enanas marrones pueden brillar por fusión de deuterio por hasta cien millones de años, dependiendo de su masa inicial: cuanto más claro, más largo.

Answer 2

Porque la fusión es difícil mientras que la fisión es fácil.

Si el sol fuera una enorme masa de uranio o plutonio enriquecido, explotaría en una gran explosión. No es una supernova genial, pero definitivamente lo notarían alrededor de estrellas distantes y se preguntarían qué diablos pasó.

Pero el sol no está alimentado por fisión, está alimentado por fusión. No es principalmente uranio, es principalmente hidrógeno.

Los átomos grandes son inestables. Son como una trampa para ratones de primavera. Si se golpea bien, se rompen. Muchos se separarán al azar en su propio tiempo. Cuando se separan, tienden a liberar piezas que golpean a otros átomos y los separan. Dada la densidad suficiente, se obtiene una reacción en cadena y todos los átomos se rompen en orden rápido, causando el auge de las bombas atómicas.

Un reactor de fisión nuclear está diseñado en gran medida para retener esa reacción a niveles sostenibles. Como una correa en un husky, los átomos están listos para funcionar y solo tenemos que mantenerlos a tasas razonables o descomposición.

La fusión nuclear es diferente. Los átomos pequeños son muy felices si se quedan átomos pequeños. A pesar de que es energéticamente favorable para ellos combinarse, se repelen fuertemente hasta que se acercan mucho. En consecuencia, hay un enorme muro de energía potencial que superar antes de que pueda ocurrir la fusión. Los átomos tienen que estar bajo una presión muy alta y / o muy alta temperatura. Si la presión se libera, la fusión deja de ocurrir.

Un reactor de fusión nuclear hecho por el hombre se ve muy diferente de un reactor de fisión debido a esto: la mayoría del reactor está dedicado a crear la presión y el calor necesarios para que los átomos se fusionen. (Y hasta ahora, se necesita más energía para que eso suceda de lo que podemos sacar).

Y así, por eso el sol no explota, como se explica en las otras respuestas. El calor producido por la fusión hace que el núcleo se expanda, lo que reduce la presión y disminuye la velocidad de fusión. Debido a que la fusión se detiene naturalmente si la presión cae, la gravedad controla automáticamente la velocidad de fusión a un nivel constante.

Answer 3

La reacción iniciadora en el sol es la reacción protón-protón. La reacción es tan lenta que nunca esperamos poder observarla en la Tierra. Es tan lento que el protón promedio colisionará con otros protones miles de millones y miles de millones de veces antes de fusionarse.

Fusión protón-protón

La razón por la que el sol produce tanta energía es que la región donde las condiciones son lo suficientemente extremas en temperatura, presión y densidad para que la reacción protón-protón pueda comenzar es enorme. Para poner esto en perspectiva, ¡la tasa a la cual la energía es generada por este proceso por volumen en el sol es menor que la tasa de generación de energía por volumen en un cuerpo humano debido al metabolismo normal!

Lo que hace que esta reacción sea tan lenta es que los protones deben acercarse mucho y las velocidades que necesitan para acercarse lo suficiente significan que no permanecerán cerca por más de una pequeña fracción de segundo antes de que la repulsión eléctrica los separe nuevamente. En esa pequeña fracción de segundo, uno de los protones debe convertirse en un neutrón con la emisión de un positrón (anti-electrón) y un neutrino.

El último cambio solo puede ocurrir como resultado de la interacción débil. Esta interacción es extremadamente corta. Simplemente existe una probabilidad increíblemente baja de que ocurra durante el breve momento de cualquier colisión protón-protón.

Answer 4

Porque en el sol, el primer paso en la cadena de reacciones que convierten el hidrógeno en helio (la fusión de dos protones en un deuterón) es extremadamente lento. Este proceso se rige por la fuerza débil, de ahí la baja probabilidad de que ocurra esta reacción. Es por eso que las estrellas pueden quemar hidrógeno durante miles de millones de años.

Las bombas nucleares artificiales están basadas en la fisión, mientras que las reacciones termonucleares en el sol están basadas en la fusión. La fisión es cuando un núcleo grande como uranuim se divide en núcleos más pequeños; La fusión es cuando los núcleos más pequeños se fusionan para formar un núcleo más grande.

En las bombas de fisión, hay una masa crítica por encima de la cual la reacción en cadena ocurre muy rápido.

Answer 5

1. La “explosión” en un arma nuclear es causada por un proceso llamado pronta criticidad. La pronta criticidad es una reacción desbocada.
2. En todos los reactores nucleares, excepto uno, la reacción se desarrolla a una velocidad inferior a la criticidad inmediata llamada criticidad retardada, la criticidad retardada no es una reacción desbocada. El único reactor en el que se produjo la crítica crítica es el reactor n. ° 4 en Chernobyl, así que sí.
3. La reacción nuclear en el sol se basa en la fisión, no en la fusión. Es mucho más difícil crear una reacción desbocada usando fusión.
4. No es imposible crear una reacción desbocada en una estrella, una de esas fases se llama flash de helio y durante esa fase el sol explota básicamente.
5. Hay otras situaciones en las que puede ocurrir una reacción desbocada en una estrella, estos eventos se llaman Novae, el flash de helio es solo uno de estos eventos.
6. Hay otro tipo de reacción desbocada que puede ocurrir, que es un colapso del núcleo gravitacional, que crea una supernova.

Answer 6

El sol solo logra tener una fusión profunda dentro del núcleo. Las velocidades de reacción son lo suficientemente bajas como para que no alcance una explosión, aunque el sol es significativamente más grande de lo que sería si la fusión se detuviera.
Y, por supuesto, las estrellas ciertamente pueden alcanzar velocidades de reacción que son explosiones; Nova y supernova son exactamente eso.

Answer 7

En una estrella del tamaño de nuestro Sol, la energía de la gravitación debido a su enorme masa compensa la energía “relativamente pequeña” obtenida por la fusión de hidrógeno en el núcleo. Después de que el sol se encendió, se encontró con un equilibrio en estado estacionario entre la energía de fusión de hidrógeno y la energía gravitacional. Por lo tanto, el sol “explota” constantemente, pero esta “explosión” es demasiado débil para separarlo.

Si la mayor parte del hidrógeno del sol ha “explotado” eventualmente (fundido en helio), se volverá desagradable. Debido a que ya no hay una producción de energía basada en la fusión de hidrógeno, la gravitación se hará cargo y comprimirá el helio restante en el núcleo del sol hasta una temperatura de 100 Mio K. Luego, explotará (destello de helio) de alguna manera por el Triple alfa proceso

Answer 8

Interesante pregunta. Daré una respuesta simplificada. El sol tiene una gran masa. La energía que se produce expande el sol mientras que la gravedad retiene la masa. El sol simplemente se expande y se contrae, pero no explota.

Answer 9

La gravedad del sol contiene la reacción nuclear que ocurre dentro de ella. Las armas nucleares no tienen esa contención gravitacional y explotan por la liberación masiva de calor. Las reacciones nucleares usan las barras para absorber las neuronas y así evitar la reacción nuclear de escape.

Answer 10

Hay algo ahí afuera que evita que nuestro sol explote. Después de todo, con toda esa materia calentada por fusión, es inevitable que explote. Lo que lo mantiene bajo control es la materia espesa, presurizada y oscura del espacio. La materia oscura y el calor no se llevan bien. No importa cuánto calor tenga un objeto, la materia oscura siempre gana al final. Lo hace solidificando eventualmente el objeto. Nuestro sol, debido a la materia oscura del espacio, comenzará a crear elementos más pesados ​​en el borde. Esto hará que el sol se oscurezca con el tiempo. Esta es la razón por la cual las estrellas comienzan en blanco, se vuelven amarillas, anaranjadas, rojas, marrones y finalmente oscuras sin emisión de luz. Esta es la verdadera entropía de todas las masas de fusión.

Answer 11

El sol está controlado por un circuito de retroalimentación negativa impulsado por la gravedad. El calor generado por la fusión hace que se expanda, lo que disminuye la velocidad de fusión, lo que genera menos calor y detiene la expansión. El Sol está en un estado estable que hará que se contraiga muy lentamente durante los próximos cuatro mil millones de años. Solo cuando haya agotado el combustible de hidrógeno en el núcleo cambiará la dinámica.