Номер 8, страница 251 - гдз по физике 11 класс учебник Жилко, Маркович

8. Источником электромагнитной энергии, излучаемой Солнцем и другими звездами, служит термоядерный синтез. Какие условия в недрах звезд делают возможным протекание термоядерного синтеза?

Термоядерный синтез — это реакция слияния легких атомных ядер в более тяжелые, которая сопровождается выделением огромного количества энергии. Чтобы такая реакция стала возможной, необходимо преодолеть силу электростатического отталкивания между положительно заряженными ядрами (кулоновский барьер). Для этого в недрах звезд, таких как Солнце, существуют два ключевых условия:

1. Сверхвысокая температура. В ядре Солнца температура достигает примерно 15 миллионов кельвинов ($1.5 \times 10^7$ К). При такой температуре вещество находится в состоянии плазмы — полностью ионизированного газа, состоящего из атомных ядер (в основном протонов) и свободных электронов. Высокая температура сообщает ядрам огромную кинетическую энергию. Благодаря этой энергии они могут сближаться на достаточно малые расстояния, чтобы преодолеть кулоновский барьер. Хотя классически средняя энергия частиц все еще недостаточна, благодаря квантово-механическому эффекту туннелирования ядра могут с некоторой вероятностью "просачиваться" сквозь этот барьер и вступать в сильное ядерное взаимодействие, которое и приводит к их слиянию.

2. Огромное давление и плотность. Гравитационные силы, создаваемые колоссальной массой звезды, сжимают вещество в ее ядре до чрезвычайно высоких значений. Давление в ядре Солнца достигает $2.65 \times 10^{16}$ Па, а плотность — около 150 г/см³ (примерно в 150 раз плотнее воды). Высокая плотность вещества обеспечивает большую частоту столкновений между ядрами. Чем чаще они сталкиваются, тем выше вероятность того, что произойдет реакция синтеза. Давление же удерживает эту горячую и плотную плазму в стабильном состоянии, не давая ей расшириться и остыть, что обеспечивает непрерывность реакций на протяжении миллиардов лет.

Таким образом, именно сочетание сверхвысокой температуры, обеспечивающей необходимую кинетическую энергию для преодоления отталкивания, и колоссального давления и плотности, обеспечивающего достаточную частоту столкновений, создает в недрах звезд условия для непрерывного протекания реакций термоядерного синтеза.

Ответ: Условиями, которые делают возможным протекание термоядерного синтеза в недрах звезд, являются сверхвысокая температура (порядка 10–15 миллионов кельвинов и выше) и огромное давление и плотность вещества.