Kosmoloogia - 3. osa: Tähed

[ Peatüki indeks | Õpiku tekst | Illustratsioonid | Viited | Kordamisküsimused ]

6. peatükk: Ühe tähe elulugu

Termotuumareaktsioonid

JAAK JAANISTE
Et tähtede energiaallika tööpõhimõte on järgneva suhtes oluline, anname huvilistele pisut sellekohast infot. Igasugune tuumaenergia tootmine põhineb aatomifüüsikas tuntud massidefekti nähtusel -- aatomituumad "kaaluvad" pisut vähem kui nende koostisosad eraldi võetuna. See masside vahe (teda nimetatakse pärast c2-ga korrutamist ka seoseenergiaks) sõltub tuuma massist ja on kõige suurem keskmise aatommassiga tuumadel, nagu raud, nikkel jt. Suuremate ning väiksemate masside juures on seoseenergia väiksem ning kergete tuumade liitmisel (raskete lõhkumisel) tekkiv energia ülejääk võimaldabki toota tuumaenergiat.

Et vesiniku tuum koosneb vaid ühest prootonist, on siin võimaliku seoseenergia ülejääk kõige suurem. Nii ületab nelja prootoni masside summa tervelt 0,7 protsendi võrra neist moodustatud heeliumituuma massi. Seega annab iga kilogramm vesinikku heeliumiks muutudes 150 miljardit kilovatt-tundi energiat. Kuid selleks, et seda energiat kätte saada, tuleb kõigepealt sundida vesinikutuumasid ühinema.

Ühinemist takistab vesinikutuuma -- prootoni -- elektrilaeng. Et kaks prootonit ühineksid, tuleb nad viia teineteisele lähemale kui 10-13 m. See tähendab, et nende kineetiline energia peab olema suurem elektrijõudude potentsiaalsest energiast:

E_k = 2 * ((m_p * v^2) / 2) > k * (q_p^2 / 10^(-13)) = E_p.
Pannes valemisse prootoni massi mp = 1,67 * 10-27 kg ning laengu qp = 1,6 * 10-19 C, saame kiiruseks v ~= 1,17 * 10^6 m/s, mis ruutkeskmise kiiruse valemist
v_keskm = ruutjuur (3 * R * T / müü) ==> T = (müü * v^2) / (3 * R)
annab temperatuuriks 55 miljonit kraadi.

Näeme, et saadud temperatuur on umbes viis korda suurem varem mainitud kümnest miljonist kraadist. Aga tuleb arvestada ka molekulide kiiruste jaotust. See tähendab, et madalamal keskmisel temperatuuril asuvad reaktsioonidesse kõigepealt kiiremad vesinikutuumad, ja mida kõrgem on temperatuur, seda rohkem tuumasid reageerib. See omakorda tõstab temperatuuri veelgi ja plahvatus oleks vältimatu, kui reaktsioonide piirkonda ei ümbritseks miljardeid tonne kaaluv tähekest. Kui selline temperatuur tekitada Maal, plahvatab vesinik pommina; Päikese sügavustes aga kutsub energia juurdevool üksnes rõhu mõningase tõusu ning tähe paisumise. Kui võrdleme Maxwelli jaotuskõverat dinosaurusega, siis käib kogu temperatuurimäng selle sabaotsa peal: niipea, kui energiatoodang suureneb, kasvab rõhk ning täht hakkab paisuma. See viib temperatuuri alanemisele koos energiatoodangu vähenemisega. Rõhk langeb, täht tõmbub kokku, temperatuur tõuseb ja tsükkel kordub.

Ülaltoodu ei tähenda ilmtingimata tähe võnkumist, kuigi leidub ka selliseid tähti. Enamik neist "sätib" end kindlasse rez^iimi, kus toodetav energia on täpselt võrdne pinnalt kiirguva energiaga.

[Foto 1.]
Foto. Vesinikupommi plahvatus -- täheenergia maapealne kasutusviis.

Joonis. Prooton-prootontsükkel - väikese massiga tähtede energiaallikas.

[joonis 2.]
Joonis. Maxwelli jaotus temperatuuril 107 K. Viirutatud osas on tuumade kineetiline energia piisav ühinemisreaktsiooniks.

[ Peatüki indeks | Õpiku tekst | Illustratsioonid | Viited | Kordamisküsimused ]

Õpiku tegijad / opik@obs.ee
© Tartu Tähetorni Astronoomiaring 1997-98

28. veebruar 1998

 [Avatud Eesti Fond]

Selle õpiku valmimist on toetanud Avatud Eesti Fond.