Чем реакция в Солнце отличается от реакции в водородной бомбе?

[Skipper_NORTON]

Пишут, что для того чтобы создать водородную бомбу, нужен не обычный водород (ядро - только 1 протон), а дейтерий или тритий (ядро - 1 протон и 1 нейтрон, или 1 протон и 2 нейтрона). 
Тут понятно - в водородной бомбе сливаются два ядра дейтерия, то всё понятно - получаем ядро гелия, состоящее из двух протонов и 2 нейтронов.
 
Но внутри Солнца как раз не дейтерий или тритий, а в большинстве своём именно обычный водород. (ядро - 1 протон).
Он превращается в гелий.  Слились 2 ядра водорода, получили ядро гелия?  Но в сумме  это 2 протона,  откуда  берутся еще 2 нейтрона?  Или протоны могут превращаться в нейтроны? 
 
И не пойму, если такая реакция возможна внутри Солнца, с температурой 15 млн градусов, то почему такая реакция (с обычным водородом, а не дейтерием), невозможна в водородной бомбе, с температурой до 200  млн градусов, и нужен дейтерий-тритий? 

[azimuth]

Дык, в Википедии все расписано и картинки нарисованы:
https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9F%D1%80%D0%BE%D1%82%D0%BE%D0%BD-%D0%BF%D1%80%D0%BE%D1%82%D0%BE%D0%BD%D0%BD%D1%8B%D0%B9_%D1%86%D0%B8%D0%BA%D0%BB
https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A2%D0%B5%D1%80%D0%BC%D0%BE%D1%8F%D0%B4%D0%B5%D1%80%D0%BD%D0%BE%D0%B5_%D0%BE%D1%80%D1%83%D0%B6%D0%B8%D0%B5

[Monstr]

Совсем разные: физические условия, химический состав, поэтому и реакции будут разные.
На Солнце идет p-p цикл: два протона превращаются сначала в дейтрон (протон+нейтрон), который присоединяет еще протон и превращается в ядро гелия-3, пара которых дает в итоге гелий-4 и два протона. Эта цепочка на каждом шаге выделяет энергию.
В термоядерном заряде встречаются дейтерий и тритий и дают гелий-4 на выходе + чуть меньше энергии, чем в p-p цикле.
Основная разница в том, что два протона соединить гораздо тяжелее (вероятность такой реакции очень мала), чем дейтерий и тритием. На Солнце водорода (точнее ядер водорода - протонов) полно, и даже очень небольшая вероятность реакции способна поддерживать гигантское энерговыделение. На земле же этот подход очень неэффективен, заряд будет весить столько, что его ни один самолет не поднимет. А кроме заряда нужно обеспечить предварительную детонацию, вещества для которого потребуется еще больше. 

[Змей Петров]

Если кратко -

Принципиальная разница в двух основных моментах.
1. Как выше сказано протон-протонная реакция требует гораздо больших плотностей/времени удержания/температур (гораздо более высокий критерий Лоусона).
2. И не менее важное. Цикл p-p работает в несколько этапов, через слабое взаимодействие и очень медленный.

У Солнца с этим проблем нет - гравитация обеспечивает соответствие критерия Лоусона, и спешить Солнцу некуда.
А вот для бомбы и то и другое критично. Т.е. для бомбы p-p цикл в принципе не реализуем.
Даже самую простую D-T реакцию в условиях бомбы осуществить не так то просто.

Он превращается в гелий.  Слились 2 ядра водорода, получили ядро гелия?  Но в сумме  это 2 протона,  откуда  берутся еще 2 нейтрона?  Или протоны могут превращаться в нейтроны?

Могут. Равно и наоборот. Это обеспечивает слабое взаимодействие. Разница в том что при столкновении двух протонов получается протон, нейтрон и позитрон ,  а при самопроизвольном распаде нейтрона получается протон и электрон(в соотв. с законом сохранения эл.заряда).

Подробности в Вики.

[Змей Петров]

Кстати, попутный вопрос.
А чем для бомбы плоха реакция тритий-тритий?

[Skipper_NORTON]

На Солнце водорода (точнее ядер водорода - протонов) полно, и даже очень небольшая вероятность реакции способна поддерживать гигантское энерговыделение.

 
Ясно, спасибо.  Значит, вероятность реакции протон+протон, настолько мала, что для того чтобы реакия шла со скоростью ~4 млн тонн в секунду по дефекту массы (мощность Солнца), нужно иметь примерно, массу Солнца из водорода. 
У 100-мегатонной водородной бомбы дефект масс составил бы всего лишь 5 кг. 

[Змей Петров]

Если точнее - плотность энерговыделения в среднем по Солнцу(даже по оболочке ядра, где происходят реакции) довольно мала.
Но учитывая огромные размеры Солнца общий поток энергии действительно огромен.

У 100-мегатонной водородной бомбы дефект масс составил бы всего лишь 5 кг.

На самом деле ещё меньше, поскольку в реакцию втупают не все реагенты(значительная часть разлетается до вступления в реакцию), ну и в современных бомбах в качестве топлива используется дейтерид лития, который даёт бесполезный шлак - He⁴

[Незван]

У 100-мегатонной водородной бомбы дефект масс составил бы всего лишь 5 кг.

На самом деле ещё меньше, поскольку в реакцию втупают не все реагенты(значительная часть разлетается до вступления в реакцию), ну и в современных бомбах в качестве топлива используется дейтерид лития, который даёт бесполезный шлак - He⁴

Откуда тогда дополнительная энергия?

[Змей Петров]

Какая дополнительная?

...Да, виноват. Чего-то заклинило.
Я имел в виду относительный дефект масс, а тут речь про абсолютный.
Да, примерно 5кг и получается.

[Monstr]

даёт бесполезный шлак - He4

Это не бесполезный шлак, им шарики для детей надувают

[Okub62]

Кстати, попутный вопрос.
А чем для бомбы плоха реакция тритий-тритий?

Вероятно, потому как с тритием есть некоторая напряжёнка.

[Змей Петров]

Okub62, понятно, что тритий штука недолговечная.
Но первые заряды были всё-таки дейтерий-тритиевые.

[Monstr]

Okub62, понятно, что тритий штука недолговечная.
Но первые заряды были всё-таки дейтерий-тритиевые.

Для получения трития требуется поток энергичных нейтронов, который образуется во время детонации ядерного заряда. Тут дейтерий и поспевает вовремя. Не берусь судить точно, но если реакция тритий-тритий возможна при таких условиях, то дейтерий все равно быстрее его расхватает на 99.99%. А остаток не будет вносить существенного вклада в энерговыделение.
Кстати, тритий не такой уж короткоживущий изотоп. Время полураспада около 12 лет.

[EvilShurik]

Прочитал подробности про солнечный цикл синтеза гелия из протонов, и понял, насколько это "тугая" для реализации реакция, в отличие от синтеза в водородной бомбе! Прежде всего, обязательно участие слабого взаимодействия, превращающего протон в нейтрон. Что принципиально делает реакцию протон-протонного синтеза очень "неторопливой". По сравнению с трудностью осуществления этой реакции, остальные - протекают легко.
Также можно вспомнить, что стабильные изотопы с числом частиц 5 не существуют. Т. е. любая комбинация пяти нуклонов неустойчива и распадается. Лития-5 нет, как и Гелия-5. Что уж говорить о других элементах!

И вот в связи с этой "тугостью" реакции синтеза протонов в ядра гелия возникает вопрос, а почему тогда взрываются Сверхновые I типа?! Которые из себя представляют белые карлики, на которые падает плазма с близкой звезды-соседки. Если скорость протон-протонного синтеза лимитирована слабым взаимодействием, то как может взорваться водород?!! А он таки взрывается!

[MC Именем]

Если скорость протон-протонного синтеза лимитирована слабым взаимодействием, то как может взорваться водород?!! А он таки взрывается!

"Общим во всех сценариях образования сверхновых сверхновых Ia то, что взрывающийся карлик скорее всего углеродно-кислородный. В взрывной волне горения, идущей от центра к поверхности, текут реакции[9]:
"
Тут https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A1%D0%B2%D0%B5%D1%80%D1%85%D0%BD%D0%BE%D0%B2%D0%B0%D1%8F_%D0%B7%D0%B2%D0%B5%D0%B7%D0%B4%D0%B0

[EvilShurik]

То есть, это не взрыв водорода, а детонация накопившихся более тяжёлых элементов, для синтеза которых не нужно участие слабого взаимодействия?
Типа реакции 3He4 - C12, превращения гелия в углерод. Эта реакция может протекать без участия слабого взаимодействия, и гелия в белом карлике очень много. Ну и другие реакции тоже.

Хорошо. А как тогда взрывается водород на поверхности нейтронных звёзд? Порождая рентгеновские вспышки? Механизм похож на взрывы новых, не сверхновых первого типа, где прогорает накопившийся слой богатого водородом вещества. И, снова, как быть с необходимостью слабого взаимодействия, при синтезе в богатом водородом веществе?

[Змей Петров]

И вот в связи с этой "тугостью" реакции синтеза протонов в ядра гелия возникает вопрос, а почему тогда взрываются Сверхновые I типа?! Которые из себя представляют белые карлики, на которые падает плазма с близкой звезды-соседки. Если скорость протон-протонного синтеза лимитирована слабым взаимодействием, то как может взорваться водород?!! А он таки взрывается!

Есть еще CNO-цикл — термоядерная реакция превращения водорода в гелий, в которой углерод, кислород и азот выступают как катализаторы.
(С) Вики

[EvilShurik]

Есть еще CNO-цикл — термоядерная реакция превращения водорода в гелий, в которой углерод, кислород и азот выступают как катализаторы.
(С) Вики

Но эти "катализаторы" на самом деле ускоряют "горение" водорода в крупных звёздах, тяжелее Солнца. И там тоже задействуются "слабые силы" - происходит позитронный бета-распад лёгких изотопов азота, кислорода. И существенно ускорить горение водорода, так, чтобы произошёл взрыв, они не могут.
Так что взрывы звёзд, как я выяснил из предложенных к просмотру статей, это именно "быстрый" синтез накопившихся тяжёлых элементов, типа гелия, углерода, кислорода, где задействуются только сильные взаимодействия, а "слабые" существенной роли не играют. "Быстро" слабые взаимодействия срабатывают только при образовании нейтронных звёзд.

[Змей Петров]

Так что взрывы звёзд, как я выяснил из предложенных к просмотру статей, это именно "быстрый" синтез накопившихся тяжёлых элементов, типа гелия, углерода, кислорода, где задействуются только сильные взаимодействия, а "слабые" существенной роли не играют. "Быстро" слабые взаимодействия срабатывают только при образовании нейтронных звёзд.

Температуры во внешних слоях БК для этого слишком малы. Да и во вутренних тоже.

PS
При взрывном горении водорода в поверхностных слоях звёзд, например, при вспышках сверхновых, могут развиваться очень высокие температуры, и характер CNO-цикла резко меняется. Он превращается в так называемый горячий CNO-цикл, в котором реакции идут очень быстро и запутанно.

(C) Вики

[Maxim Barkov]

Но эти "катализаторы" на самом деле ускоряют "горение" водорода в крупных звёздах, тяжелее Солнца. И там тоже задействуются "слабые силы" - происходит позитронный бета-распад лёгких изотопов азота, кислорода. И существенно ускорить горение водорода, так, чтобы произошёл взрыв, они не могут.
Так что взрывы звёзд, как я выяснил из предложенных к просмотру статей, это именно "быстрый" синтез накопившихся тяжёлых элементов, типа гелия, углерода, кислорода, где задействуются только сильные взаимодействия, а "слабые" существенной роли не играют. "Быстро" слабые взаимодействия срабатывают только при образовании нейтронных звёзд.

Могут. Змей верно отметил, что чикл меняется с ростом температуры.
Далее, вы забываете об "отрицательной" теплоемкости в равновесных звездах, что не выполняется на поверхностях БК или НЗ. Положительная теплоемкость позволяет развится взрыву.