太阳和恒星的能量来源及元素合成1,核能和爱因斯坦的

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太阳能源和热核反应
太阳的表面温度大约为6000度，而
中心温度却高达1200万度。它每秒钟
向太空辐射的能量为3.8 × 1026焦耳。
太阳的年龄已经超过50亿年。根据
地质资料，在这么长的时间内太阳的
辐射能没有明显的变化。这表明，必
定有一个长期而稳定的能源。
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懂得少的比懂得多的人聪明
目前世界上的大型加速器可以把质 子加速到10000亿电子伏特的能量。 加速器使带电粒子获得很高的能量， 成为轰击原子核的炮弹，实现人工原 子核反应。
能量单位：电子伏特 常用的有伏安（伏特·安培）
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实现加速途径：
1，高温 2，高密，简并气体 3，加速器
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3，太阳的能源
但并不是爱丁顿解决的这个难题，他提 出的看法和他的名气促进物理学家研究这 个问题。
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氢核聚变
氢核聚变为氦核是由4个氢核（质子）
和两个电子形成的。
但是不可能由它们直接形成。因为，
要让6个粒子同时碰撞太难了，即使它
们的速度足以使它们碰撞，但6个粒子
同时碰撞的机会实在是太小了。
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时产生穿透力极强的射线，后来确
认为中子
• 高能带电粒子加速器，实行人工核
反应
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带电粒子加速器
如何加速？
带电粒子在电场和磁场中受什么力？
电场力和罗伦兹力。
加速器的原理：利用带电粒子在电场
和磁场中受电场力和罗伦兹力的作用可
以获得加速度的原理，研制成各种的高
能带电粒子加速器。
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与通常意义下的重元素不同。 天文学上习惯把氢和氦以外的元素 称为重元素。大多数恒星上的元素丰 度都差不多，也有某些种类的恒星的 元素丰度差别比较大。
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宇宙中最多的元素
宇宙中最多的元素是氢原子，其原子
核就是质子。按质量计，它约占宇宙全
部看得见的物质的3／4。第二多的元素
是氦，约占全宇宙的1／4。所有其他元
他因为对宇宙化学元素形成机制的研究 而荣获1983年度的诺贝尔物理学奖。
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1，元素及宇宙中 元素分布
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宇宙化学元素合成
宇宙中存在的各种各样的物质都是由各种
元素组成。地球、行星、太阳、恒星、星云
以及星际介质中具有各种各样但不尽相同的
元素及同位素。这些元素是在宇宙演化的不
同阶段和不同的恒星演化过程中产生的。
爱丁顿提出恒星能源来自核反应
1926年，爱丁顿首先提出恒星的能 源只能是来自核反应。
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研究核反应的物理学家认为不可能
当时的物理学研究知道，只有当温 度达到几百亿度时，才能发生聚变。 而恒星中心区域的温度达不到这样的 高温，所以他们认为在恒星内部不可 能发生核反应。
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最后还是爱丁顿胜利了，物理学家终于 发现，由于量子力学的隧道效应，在恒星 内部温度的条件下是可以发生核反应的。
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核聚变的困难
原子核是带正电的，同性电荷相斥 使它们不可能彼此靠近。要使几个带 正电的原子核或质子发生聚变，必须 使它们彼此接近到10-13厘米核力能起 作用的范围内。
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人工核反应
• 1919年卢瑟福用粒子（氦核）轰
击氮原子核，观测到闪光, 确认为
质子
• 1930年发现由粒子轰击铍（Be）
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不同元素的差别
不同的元素仅仅是它们原子核中的 质子数和中子数的不同。具有相同质 子数，但中子数不同的原子核形成同 位素。
20世纪20年代，天文学家通过光谱 分析知道太阳物质组成。
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地球上的化学元素
地球上的化学元素种类繁多，宇宙其 它天体上有的地球上都有。
人体中也有丰富的元素，不仅有铁、 碳、氮、钙、锂、铍、硼、氢，还有微 量的比铁更重的元素。
七，太阳和恒星的能量 来源及元素合成
1，核能和爱因斯坦的E＝mc2 2，恒星的能源和寿命 3，恒星上元素的分布 4，恒星上元素的合成 5，福勒的贡献和获1983年诺贝尔奖
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福勒
从事与元素合成有关核反应的实验和理 论研究，被誉为这一领域的先驱者。他把 原子核物理理论应用于天体物理学的研究 成为核天体物理学这个新学科的奠基人。
素的总和只占不足百分之一。但是不足
百分之一其它元素种类繁多。
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氢 氦 碳氧
H11－ H2 4－ eC6 1－ 2 O8 16
X 原子核用符号
A
Z
X 为原子核所对应的元素符号
A 为质量数，中子和质子的总数
Z 为质子数 可编辑ppt
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2，原子核和 核反应
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α，β，γ三种射线的发现
19世纪末发现天然放射现象后，科 学家认识到原子核的复杂结构和核反 应。
放射性元素铀、钋和镭放出α， β，γ三种射线。
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α射线是氦的原子核，β射线是电 子，γ射线是能量很高的光子。
在发现质子和中子后，才最后弄清 楚原子核是由质子和中子组成的。
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核力
在原子核中有多个质子存在，质子 带正电，彼此排斥。必然有一种力把 众多的质子和中子紧紧地聚集在一起 的。这就是核力。
弄清楚宇宙中各种元素的生成机制及形成
目前观测到的丰度一直是科学家探求解决的
难题。
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问题讨论
1，地球上有多少种元素？ 2，有什么方法可以探知恒星中 或宇宙中的化学成分？
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丰富的物质世界
今天的物质世界丰富多采，是因为 有多种多样的元素存在。宇宙中的万 物都是由元素周期表中列出的各种元 素所组成。
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元素丰度
太阳上的元素相对于氢的丰度是：
氢（H）=1.0;氦（He）=0.38;
氧(O)=0.001;碳(C)=0.00052;
氮(N)=0.0001;
硅(Si),镁(Mg),铁(Fe),钠(Na),
钙(Ca),镍(Ni),铬(Cr),等在
0.000028以下。
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什么是重元素
核力的作用范围非常小，作用距离 只有10-13厘米。
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Βιβλιοθήκη Baidu
引力 F(g)Gm'/md2 电磁力 F(e)qq'/d2
F(e)/F(g)2.31309 电磁力比引力强得多!
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原子核之间接近很困难
原子核（或质子）之间的静电斥力 和它们的电量成正比，和它们之间的 距离的平方成反比。它们越接近，斥 力越大。原子核中的质子越多，斥力 越大。