Источники солнечной энергии

Май 04, 2012 / Ольга Шейдина, Редактор

Первые гипотезы. Геология подтверждает, что Солнце освещало и обогревало Землю сотни миллионов лет назад примерно также как сегодня. Значит, температура Солнца на протяжении чрезвычайно долгого времени остается относительно постоянной.

Источники солнечной энергии

Между тем, при огромном расходе тепла, которое идет непрерывно от Солнца, оно непременно должно охлаждаться ежегодно на несколько градусов, как показывают вычисления. Но так как этого не происходит, то потеря тепла от испускания лучей, очевидно, постоянно восполняется из какого-то источника.

Источники солнечной энергии являются одним из наиболее важных вопросов в науке. В поисках его решения физики XIX в. испробовали все известные возможные источники энергии: падение метеоритов, химические реакции (горение, прежде всего), они все оказались недостаточными, неспособными возместить расход тепла в течение даже нескольких десятков миллионов лет.

Теория сжатия (контракционная теория). Охлаждение Солнца начинается с поверхности, значит, оно должно сжиматься; при сжатии образуется тепло, которое может являться источником солнечной энергии, т.е. возмещать потери. При определенных условиях температура сжимающегося газового шара может становиться выше, несмотря на потерю тепла. Данная теория доступна математической разработке. Применительно к Солнцу она дала результаты. Достаточно, чтобы ежегодно диаметр Солнца уменьшался лишь на 100 м, чтобы тепло, выделяющееся при таком сжатии, покрыло всю потерю энергии от лучеиспускания. Сжатие это составляет 1" в 14000 лет, поэтому проверить верность контракционной теории прямыми наблюдениями в ближайшем будущем невозможно. Но расчеты говорят, что если когда-нибудь диаметр газового солнечного шара равнялся, например, диаметру орбиты самой далекой планеты и после этого сжался до своих сегодняшних размеров, то количество тепла, полученное в результате такого сжатия, может возместить расход тепла в течение максимум 25 млн. лет. На самом же деле возраст Солнца намного больше, он измеряется миллиардами лет.

Радиоактивность также оказалась недостаточным источником солнечной энергии. Здесь говорится о распаде атомов, превращении сложных элементов в простые (радия в свинец).

Превращение элементов. Исследования в области ядерной физики способствовали открытию превращений химических элементов. Определено, что ядра тяжелых химических элементов возникают из ядер более легких, т.е. более простых.

Процессы преобразования ядер – ядерные реакции, которые ведут не только к превращению ядер легких элементов в более тяжелые, но и к образованию изотопов основных элементов.

Например, если в ядро атома химического элемента ворвется нейтрон (элементарная частица, которая по массе равна протону, но не имеет электрического заряда), то образуется изотоп этого элемента, так как атомный вес его повышается на единицу (вес протона), а число электрических зарядов ядра не меняется; значит, химические свойства атома не меняются.

Поскольку нейтрон не имеет заряда, то он может относительно свободно входить в ядра атомов, так как электрическое поле ядра (положительное) на него не действует. Именно этим объясняется широкое распространение в природе изотопов.

Ядерный процесс будет протекать совсем по-другому, если в ядро атома влетит протон. У протона положительный заряд, и проникновению протона в ядро будет препятствовать электрическое поле атома. Для проникновения в ядро протону необходимо иметь большую кинетическую энергию, которой хватит для преодоления отталкивающих сил электрического поля.

Проникнув в ядро, протон осуществляет перестройку ядра с образованием большого количества энергии, называемой атомной или ядерной. В данном случае влетевший протон не просто увеличивает атомный вес ядра, но и передает ему дополнительный электрический заряд, что приводит к переменам в химических свойствах атома; образуется новый химический элемент.

При наличии большого количества ядер разных химических элементов, протонной бомбардировке и перестройке подвергаются ядра более легких элементов (бериллий, литий), в первую очередь, так как в сравнении с ядрами тяжелых элементов, их электрическое поле слабее. Превращение ядер легких элементов начинается уже при температуре 2-3 млн. градусов, т.е. именно при той температуре, которая имеется (по некоторым гипотезам) в недрах холодных, красных звезд.

При температуре в 20 млн. градусов энергия протонов так увеличивается, что они могут проникать в ядра более тяжелых элементов (азота, углерода, кислорода) и осуществлять перестройку с образованием атомной энергии.

Академик В.Г. Фесенков утверждает, что в настоящее время в недрах Солнца ядерные процессы протекают именно за счет протонов, а не нейтронов, так как солнце существует миллиарды лет и за такое долгое время свободные нейтроны, с легкостью входящие в ядра атомов, должны были практически все оказаться в составе ядер. Нейтроны в свободном виде в недрах Солнца должны остаться лишь в незначительном значении, протонов же на Солнце достаточно, так как они – суть ядра водорода, а Солнце по массе своей содержит 38% данного химического элемента.

Температура в глубинах Солнца около 20 млн. градусов, что и объясняет энергию протонов, которой достаточно для прорыва в ядра химических элементов.

При вхождении протона в ядро изменение ядра может происходить в трех направлениях, зависящих от степени прочности ядерных связей:

1)         Протон останется в ядре; атомный вес ядра увеличится на единицу и ядро приобретет новый положительный заряд; возникает ядро другого химического элемента.

2)         Протон будет находиться в ядре, но ядро излучит один позитрон, т.е. элементарную частицу с единичным положительным зарядом е+ и массой, которая равна массе электрона; образуется изотоп исходного химического элемента, так как атомный вес увеличится на единицу, а заряд не изменится.

3)         Ядро может распасться в силу неустойчивости и породить ядра новых элементов, при этом одним из них будет ядро гелия.

Такие ядерные реакции с образованием атомной энергии происходят в недрах Солнца непрерывно. Согласно теории астрофизика Бете, на Солнце происходят ядерные процессы с участием углерода (С12), который играет роль своеобразного катализатора в этом случае.

Ядерные реакции проходят в следующем порядке:

1.         Протон (Hj) врывается в ядро углерода, имеющего атомный вес 12, и возникает ядро нового, радиоактивного неустойчивого элемента, излучающее позитрон (е+) и превращающееся в ядро изотопа углерода, имеющее атомный вес 13.

2.         Когда в ядро изотопа С13 проникает следующий протон (Hj), возникает ядро азота с атомным весом 14.

3.         В процессе проникновения протона в ядро азота (N14) возникает ядро изотопа кислорода, которое неустойчиво и имеет атомный вес 15 (015), излучающее позитрон (е+) и переходящее в ядро изотопа азота с атомным весом 15.

4.         Новый протон (Hj), который влетает в ядро N5, дает ядро кислорода О16, распадающееся при высоких температурах на ядро углерода (С12) и ядро гелия (Не4). В результате полного цикла Бете образуется гелий (Не) из водорода (Н), количество углерода при этом не меняется; иными словами, углерод является катализатором, хотя в данном случае сам участвует непосредственно в ядерных реакциях.

На Солнце постоянно происходит увеличение количества гелия и сокращение количества водорода. За счет данных ядерных превращений образуется огромное количество атомной (ядерной) энергии, которая излучается обильно Солнцем в мировое пространство.

В результате такого масштабного излучения масса Солнца уменьшается ежесекундно на 4.10° тонн, и все-таки масса Солнца так велика (2*1027 тонн), что даже если оно и дальше будет так растрачивать свою энергию, оно будет светить ярко на протяжении 2*1013 лет.

Итак, источником колоссальной солнечной энергии являются ядерные процессы, происходящие в недрах Солнца.

Это интересно ...

  • Солнечные тепловые электростанции Солнечные тепловые электростанции Существует множество методов преобразования солнечной энергии в электроэнергию. Применение солнечных фотоэлектрических батарей – один из них. Способ хорош мобильностью и
  • Преобразование солнечной энергии Преобразование солнечной энергии Земля ежедневно получает от Солнца энергии по количеству в тысячу раз больше, чем ее генерируют все электростанции мира. Задача заключается
  • Энергия солнечного света Энергия солнечного света Солнце освещает и обогревает нашу планету, иначе на ней была бы невозможна жизнь не только человека, но даже микроорганизмов. Солнце
  • Поток энергии солнечных лучей в биосфере Поток энергии солнечных лучей в биосфере Живая оболочка нашей планеты (биосфера) непрерывно поглощает солнечную энергию, а также ту энергию, которая идет из недр Земли. Вся энергия

Последние новости и статьи:



Оставить комментарий