Ядерный синтез и превращение водорода в гелий Солнцем
Поскольку есть две конкурирующие силы, одна из которых пытается разорвать ядра на части, а другая — склеить их вместе, можно предположить, что должна быть какая-то точка баланса, идеальная смесь протонов и нейтронов, компенсирующая притяжение и отталкивание. Есть фактически два элемента, которые очень близки к оптимальной стабильности, — это железо и никель. Те элементы, которые легче этих, можно сделать более стабильными, высвобождая энергию в процессе слияния их ядер между собой. Те элементы, которые тяжелее этих, можно сделать более стабильными, разбивая их ядра на части и высвобождая энергию.
Здесь, на Земле ядерный синтез может показаться конечным технологическим достижением человечества, но на самом деле это самое естественное явление в мире. Оно происходило не только во время Большого Взрыва, оно может происходить во Вселенной. Именно он освещает всю Вселенную, и происходит это постоянно на расстоянии миллионов миль в Космосе над нашими головами.
Глубоко в ядре Солнца, на 800 000 километров ниже его поверхности, температура достигает пятнадцати миллионов градусов по Цельсию. На Солнце происходит слияние ядер водорода в гелий, и происходит это с бешеной скоростью. Всего лишь за одну секунду Солнце преобразует в гелий 600 миллионов тонн водорода, высвобождая больше энергии, чем человеческая раса сможет использовать в ближайший миллион лет.
Это процесс превращения водорода в гелий создает энергию, позволяющую существовать всей жизни на Земле. Но, при всей своей власти, Солнце только преобразует водород — самый простой элемент — в гелий, следующий за ним простой элемент. Этот процесс мы можем наблюдать в ночном небе: каждая звезда во Вселенной начала свою жизнь, поглощая водород и питаясь от этой реакции.
Таким образом, хорошо изучена «сборка» второго простейшего элемента — гелия. Мы знаем, что это могут делать звезды, мы знаем, что это случилось в очень ранней Вселенной, и мы можем даже сделать это сами на Земле. Но это не поможет объяснить нам происхождение других девяноста двух естественных элементов. Очевидно, что где-то во Вселенной должен быть обильный источник других элементов, потому что они есть везде — вся наша планета состоит из них. Мы скроены из миллиардов и миллиардов атомов, из магния, цинка, железа и, конечно же, одного атома, от которого жизнь зависит больше, чем от любого другого, — углерода. Каждый человек на планете сделан примерно из миллиардов миллиардов миллиардов атомов углерода. Такого невообразимого количества атомов углерода просто не существовало в ранние моменты развития Вселенной. Откуда же они взялись? Ответ можно получить, исследуя ядерный синтез, и естественное место поиска находится в самих звездах.
Если у вас есть какие-либо юридические вопросы или вам необходима юридическая консультация, то советуем обратиться на сайт 9111.ru, который собирает отзывы об адвокатах и составляет рейтинг юристов. На сайте можно воспользоваться поисковым сервисом и найти ответы на свои вопросы.
Источник
Горение водорода на Солнце происходит без участия кислорода. Да или нет?
Проверьте свои знания. Согласны ли вы с этим утверждением? Большинство участников акции «Открытая лабораторная» не смогло дать верный ответ.
Задумывались ли вы о том, что там вообще горит на Солнце? Сам термин «горение» означает самоподдерживающийся химический процесс окисления, протекающий при высокой температуре, с выделением энергии, которая поддерживает эту температуру. В земных условиях горение без кислорода невозможно. А вот в составе Солнца кислорода очень мало. Да и вообще, химическое горение там невозможно, поскольку при таких температурах не могут существовать молекулы, которые являются продуктами такого горения.
Энерговыделение Солнца обеспечивается не химическими, а термоядерными реакциями превращения водорода в гелий, которые протекают в его ядре.
Однако это тоже высокотемпературный процесс, который поддерживается за счет выделяемого тепла. Поэтому о нем часто говорят как о горении, но в переносном, не строго научном смысле. Кислород для термоядерного горения водорода не требуется и в качестве продукта реакции тоже не образуется.
Интересно еще вот что: на поздних стадиях эволюции Солнца (примерно через 6,5 млрд лет) горение водорода в его ядре сменится горением гелия, который будет превращаться в углерод, а в дальнейшем и в кислород. Солнце при этом значительно увеличит свою светимость и вырастет в размерах, став красным гигантом. Именно такие ядерные реакции в звездах предыдущего поколения наработали тот кислород, которым мы дышим. В конце жизни этих звезд часть их вещества, обогащенного кислородом, была рассеяна в окружающей среде и вошла в состав звезд и планет, которые образовались из него в дальнейшем.
Правильный ответ: Да.
Если хотите проверить свои знания о космосе, пройдите наш «Большой космотест». Он наверняка расширит границы вашего восприятия Вселенной.
Источник
Водородная стена: что находится на границе Солнечной системы
Гелиосфера – так называется пространство, которое, говоря бытовым языком, «принадлежит Солнцу». По сути, его ареал обитания, да простят меня астрофизики за такую вольную трактовку.
Именно по гелиосфере проходит граница солнечной системы. Как же определяют ее ученые и чем она примечательна?
Граница эта вполне явная, а не математическая. Космический аппарат NASA Voyager собрал по ней основные данные. Свежие результаты, собранные NASA, опубликованы в журнале Geophysical Research Letters.
Граница Солнечной системы находится примерно в 100 раз дальше от Солнца, чем Земля. Там незаряженные атомы водорода из межзвездного пространства встречаются с заряженными частицами, летящими от нашего Солнца (так называемый солнечный ветер). В этом месте межзвездный ветер встречает солнечный ветер.
На границе они вступают во взаимодействие, что и создает «стену», которая рассеивает входящий ультрафиолетовый свет. И эту границу хорошо фиксируют приборы в ультрафиолетовом спектре. В месте, где солнечные частицы ударяются о атомы водорода, наблюдается ультрафиолетовое свечение.
«За стеной из водорода интенсивность солнечного ультрафиолета резко снижается. Он просто рассеивается стеной», — говорит автор научной статьи, доктор Лесли Янг из Юго-западного научно-исследовательского института в Колорадо.
Пока водородную стену мы видим издалека с помощью приборов. Сейчас в ту сторону движется межпланетная станция NASA New Horizons. В 2015 году она миновала Плутон, в 2019 – бинарный астероид Ультима Туле. По прогнозам астрофизиков NASA, в 2034 году New Horizons пересечет водородную стену и улетит за пределы Солнечной системы.
Источник
Преобразование солнечной энергии в водород без дорогих металлов
Дубликаты не найдены
Этот процесс, как правило, происходит двумя методами: с помощью фотоэлектрохимических ячеек, в которых происходит непосредственно расщепление воды, или с помощью солнечных элементов, производящих электроэнергию для электролиза, который расщепляет молекулы воды.
Одной из проблем, связанной с последним методом, является то, что он зависит от присутствия редких металлов. Но ученым из Высшей политехнической школы Лозанны (EPFL) в Швейцарии удалось сделать это с помощью обычных материалов, добившись рекордной эффективности преобразования солнечной энергии в водород.
В дополнение к катализаторам – никелю и железу, используемых для электродов в их электролизере, исследователи используют солнечные поглотители, изготовленные из перовскита – еще один очень распространенный материал – в солнечных элементах.
Большой интерес к перовскиту возник в последние годы — его стали использовать в различных видах солнечных батареях и установках.
Материал, который может быть более дешевой альтернативой кремнию и эффективен в использовании для фотоэлектрических элементов, на самом деле, не новое открытие, будучи впервые обнаружен в Уральских горах в 1839 году. Изначально, перовскитом называли только оксидный материал, но в настоящее время это название носят другие элементы с той же кристаллической структурой и он часто встречается в обыденных предметах, такие как автомобильные аккумуляторы.
Команда из лаборатории фотоники и интерфейсов Университета во главе с докторантом Цзиншань Ло (Jingshan Luo) достигли 12,3% эффективности преобразования солнечной энергии в водород. Любой уровень конверсии свыше 10 % считается исключительным, ранее получить такой высокий уровень получилось у исследователей всего лишь однажды, в 1998 году, где эффективность составила 12,4%, по версии журнала журнала Science. Разница между ними в том, что в солнечных элементах, используемых в 1998 году, были более дорогие материалы, что делало любую попытку улучшить результат потенциально экономически не выгодной.
«Наши электроды работают так же хорошо, как традиционные дорогие модели на основе платины», говорит Ло. Другим преимуществом элементов из перовскита является то, что они могут генерировать более высокое, чем среднее напряжение при разомкнутой цепи – более 1В по сравнению с 0,7 В кремниевого элемента, то есть для создания 1,7 В, необходимого для электролиза воды достаточно только двух элементов из перовскита, а не три, в случае с кремниевыми.
Источник
Прорыв в производстве водорода из энергии Солнца
Впервые ученые разработали молекулу, которая эффективно абсорбирует солнечный свет и выполняет роль катализатора для трансформации солнечной энергии в водород — чистую альтернативу ископаемому топливу.
Ученые создали искусственную молекулу, которая делает реальным получение водорода за счет энергии Солнца. Молекула, созданная химиками из Университета штата Огайо, получает энергию из всего видимого спектра света, вырабатывая на 50% больше солнечной энергии, чем современные фотоэлементы, а также умеет превращать ее в водород, сообщает Phys.org.
Один из способов получения водорода, чистой альтернативы бензину и дизелю, это электролиз, то есть расщепление молекулы воды на водород и кислород при помощи электричества. Однако проще и эффективнее было бы использовать фотокатализ, когда сам свет становится источником энергии вместо электричества.
Проблема в том, что до сих пор никому не удавалось создать экономически выгодный процесс фотокаталитического производства водорода. И теперь этот барьер преодолен.
Ученые из Огайон получили наиболее эффективную на сегодня молекулу — одну из форм элемента родия — для этого процесса. Главное их достижение — расширение спектра поглощаемой энергии. Тогда как большая часть фотокатализаторов улавливает энергию только высокоэнергетического ультрафиолетового спектра, эта молекула действует по всему видимому спектру от ультрафиолета до ближней инфракрасной области, то есть может абсорбировать на 50% больше солнечной энергии, чем современные фотоэлементы.
Созданная учеными система оказалась почти в 25 раз эффективнее предыдущих систем с одной молекулой, взаимодействующих с фотонами ультрафиолета.
Впрочем, до запуска в производство технологии получения чистого водорода ученым еще предстоит решить ряд трудностей. Главная заключается в том, что родий — редкий и дорогой элемент. Возможно, удастся найти ему замену.
Осенью прошлого года ученые из Южной Кореи опубликовали результаты исследования, описывающего новую стратегию повышения активности платины — главного катализатора, используемого для получения водорода. Для этого они применили субоксид вольфрама, распределив поверх него атомы платины.
Источник