Nükleer Astrofizik I Güneş Füzyonu 10.04.2017 tutay

Kainatın evrimi dört evreye ayrılabilir: Çekirdek ve atomların oluşumu(Nükleon sentezi), Galaktik yoğunlaşma, Yıldızların çekirdek sentezi, Güneş sistemin evrimi. Birinci evre t=0 anında Büyük Patlama (Bing Bang) Olayını ve kararlı tanecik oluşumunu kapsamaktadır. Bu evrede büyük ihtimalle tanecik anti tanecikten daha fazlaydı (anti simetri). 250 s sonra H ve He kararlı çekirdek oluşumu gerçekleşti. Sonra ki 106 yıl belirsizdir. 10.04.2017 tutay

Üçüncü evrede 2 Gy belirsizlik. İkinci evrede, galaktik yoğunlaşma, genel çekim kuvvetinin etkisi, nükleer ve parçacık fiziğinin etkisi 1-2 Gy (gigayıl=109 yıl) yok. Üçüncü evrede 2 Gy belirsizlik. Dördüncü evrede güneş sistemin evriminin oluşumu gerçekleşmişti. 10.04.2017 tutay

Güneşle ilgili büyüklülükler: Güneş yüzeyindeki sıcaklık T=6000 K Güneşin merkezindeki sıcaklık T=6.106 K 10.04.2017 tutay

Hidrojen yanarken ortya çıkan enerji. Coulomb kuvveti Füzyon oranı : [Füzyon/(m3s)] 10.04.2017 tutay

Enerji daha çok merkezde r<0,25Rs üretilir. Enerji transportu merkezden dışarıya 55 saatte iletilir. Çünkü kalınlık 105 km dir. Güneşin diğer bölümlerinde daha çok ışın transportu öne çıkıyor. r<0,84Rs 10.04.2017 tutay

Bu bölümde Astrofizikteki nükleer reaksiyonları anlamaya çalışacağız. Güneş sistemindeki elementlerin oluşumu (ki bunlar nükleer reaksiyonları sonucu oluşmuşlar) nasıldır? Bing Bang olayında tanecik ve anti tanecik nasıl oluştu? Bing Bang olayından 3s sonra neler oldu? Bu zamanda nötron ve proton yani nükleonlar vardı! 250s sonra Hidrojen ve Helyum oluşmuştu! Atomların ve gaz bulutların oluşumu 104 yıl boyunca sürmüş sonunda evreni oluşturmuştur. Gravitasyon etkisi ile oluşan gaz topları belli bir ısıya olaşınca içlerinde nükleer reaksiyonlar oluşur. 10.04.2017 tutay

Oluşan bu nükleer reaksiyonlar sonucu A<60 olan elementler oluştu. Ağır elementler esas olarak Süpernova (soğumuş yıldızların patlaması) sonucu oluşur. Evrenin enerji yoğunluğu (Ortamdaki fotonların sayısı) önemlidir. Hubble, yıldızların spektrumunun kırmızıya kaydığını tespit ederek evrenin genişlediğini bulmuştur. v=Hd v:hız, d:uzaklık; v ile d arasında doğrusal bir bağınıtı var. H Hubble sabiti: H=(1/R)(dR/dt) R(t) Skalen faktörü (Boyut çarpanı) H=67(km/s)/Mpc 1 Mpc =3,26 10-6 ışık yılı 10.04.2017 tutay

Burada G: Gravitasyon sabiti :evrenin yoğunlu H2=(dR/dt)2/R2 Burada G: Gravitasyon sabiti :evrenin yoğunlu k: geometrik faktör; k=o için ortam bükülmüş. :Kozmoloji sabiti. Genelde sıfır alınır t=0 anında hızı (v)= d/t ve v=H.d (Big Bang anı) t=1/H =15Gy dır. Evrenin yaşı: (13,7 2) .109 yıl Basit olarak Önceki evren için R=(enerji/Hacim)=Kuant başına düşen enerji x Hacimdeki kuant R=(C/R4) C:sabit 10.04.2017 tutay

q=0 sabit hızla genişleyen evren, k=-1 bükülmüş evren Çeşitli evren tipleri için yarıçap ve boyut çarpanın zamana bağımlılığı. q=0 sabit hızla genişleyen evren, k=-1 bükülmüş evren k=0 için açık düzlem evren k=+1 için önce genişleyen sonra sıkışan kapalı evren. 10.04.2017 tutay

Enerji ve ısı (T) arasındaki bağıntı Enerji yoğunluğu u(T) =T4 Zaman ve enerji arasındaki bağıntı: t=(3/32GR)1/2 Enerji ve ısı (T) arasındaki bağıntı Enerji yoğunluğu u(T) =T4 Büyük Patlama ile şimdiye kadar geçen zaman: ve ısı Evrenin bugünkü ısısı T=2,7 K Ve fotonların sayısı N=400 cm-3 Görünen nükleonların (baryonlar) sayısı NN=0,4 cm-3 Bugün fotonlar nükleonlardan 109 kat daha fazladır. 10.04.2017 tutay

e-+e+  2 Reaksiyon denge de ise T= 6.109K dir. Tanecik ve anti taneciğin ( X,X) oluşması ve yok olması X +X  2 şeklindedir. Yeterli yüksek ısılarda iki foton bir tanecik ve bir anti taneciği oluşturabilir. Aynı zamanda bir elektron ve bir pozitron reaksiyona girerek, aşağıdaki reaksiyonu oluşturabilir. Eğer tanecik başına sahip olunan enerji 511 keV ise reaksiyon gerçekleşir. e-+e+  2 Reaksiyon denge de ise T= 6.109K dir. Eğer fotonların ortalama enerjisi E=kBT>511 keV olursa sistem dengede dir. Ve T=6.109K bu sıcaklık 6s ve T<6.109K sonraki ısıya tekabül eder. 10.04.2017 tutay

3s sonra fotonların nükleonlara oranı 109 katı kadardı. Nötronların protonlara oranı Nn/Np0,2. Şekilde zaman bağlı olarak nükleonların bulunma oranı 10.04.2017 tutay

Ağır çekirdeklerin oluşması için gerekli adım (reaksiyon) n+p d+ Burada fotonun enerjisi E=2,225 MeV dir. Eğer E enerjisi varsa bir d oluşur veya bir d yok olur böylece reaksiyon dengede kalır. Bu da şu demek foton sayısı nükleonların sayısından büyük olması lazım ki denge olsun. N(E>2,225MeV)  Nn0,2.10-9 N (toplam) 10.04.2017 tutay

T=3.108 K sıcaklığındaki E enerjisindeki fotonların sayısı. 10.04.2017 tutay

250 s sonra döteryum sayısı artar. Yüksek enerjilerde karadelik ışınlanmasının enerji dağılımını veren denklem. f: Foton sayısı Eğer f>0,21-9 ve T=9.108K den daha büyük ve bu eylem t=250s kadar sürer. 250 s sonra döteryum sayısı artar. Bu durumda yeni reaksiyonlar oluşur. Bu reaksiyon ürünlerin bağlanma enerjileri döteryumunkinden daha fazladır. 10.04.2017 tutay

A=5 olan kararlı element yok ve 4He son kararlı üründür. Hatta A=8 (8Be) de kararlı değil. Kararlı olanlar: 7Li, 7Be ve 6Li dir ve aşağıdaki şekilde oluşabilir. Bu reaksiyonlarda Coulomb engeli 1 MeV civarında p: 4He: d: 3He=77:23:10-4:10-4 Bu zamandan sonra (t=250 s) bütün nötronlar çekirdekte yerini almıştır. 10.04.2017 tutay

Helyum için bolluk oranı Yp=0,24 dür. Başlangıçtaki Helyum bolluğunun Yp ye (nükleonların fotonlara oranına) bağımlılığı. Kütlesiz 2,3, ve 4 nolu nötrino tipleri için beklenen bağımlılık gösterilmektedir. Helyum için bolluk oranı Yp=0,24 dür. 10.04.2017 tutay

Proton-proton füzyonu 1.Zincir 2.zincir 3.zincir 10.04.2017 tutay

10.04.2017 tutay

Güneşte 107K deki ısıda ortaya çıkan enerjinin %98 proton-proton füzyonu yolu ile olur. 4p 4He+2e++26,7 MeV Bu reaksiyonun süresi 1010 yıldır ve şimdiye dek 6.109 yıl zaman geçmiştir. 10.04.2017 tutay

CNO füzyonu 10.04.2017 tutay

13N → 13C + e+ + νe +2.22 MeV ( beta+ bozunumu yapar) 15N + 1H → 16O + γ +12.13 MeV 16O + 1H → 17F + γ +0.60 MeV 17F → 17O + e+ + νe +2.76 MeV 17O + 1H → 14N + 4He +1.19 MeV 12C + 1H → 13N + γ +1.95 MeV 13N → 13C + e+ + νe +2.22 MeV ( beta+ bozunumu yapar) 13C + 1H → 14N + γ +7.54 MeV 14N + 1H → 15O + γ +7.35 MeV 15O → 15N + e+ + νe +2.75 MeV(beta+ bozunumu yapar) 15N + 1H → 12C + 4He +4.96 MeV (%99,96 olasılıkla) 10.04.2017 tutay

T=108K sıcaklıkta He yanar. 4He+4He8Be+ burada Q=92 keV. Helyum yanması: T=108K sıcaklıkta He yanar. 4He+4He8Be+ burada Q=92 keV. T=2.108K de E=17keV bu durumda Be denge de olur. Sonra 4He ile reaksiyona girer. 4He+8Be12C+ Q=7,45 MeV Kütle dağılımı 10.04.2017 tutay