de zon van binnen paul groot afdeling sterrenkunde, imapp radboud universiteit nijmegen...
TRANSCRIPT
![Page 2: De Zon van binnen Paul Groot Afdeling Sterrenkunde, IMAPP Radboud Universiteit Nijmegen pgroot@astro.ru.nl](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062703/5551a0ee4979591f3c8b6f49/html5/thumbnails/2.jpg)
Overzicht
De werking van zwaartekracht
Kernfusie in de Zon
![Page 3: De Zon van binnen Paul Groot Afdeling Sterrenkunde, IMAPP Radboud Universiteit Nijmegen pgroot@astro.ru.nl](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062703/5551a0ee4979591f3c8b6f49/html5/thumbnails/3.jpg)
De Zon is een evenwicht De zwaartekracht die naar binnen wil Gasdruk die naar buiten wil
Fg
Fg
Fg
FgP
![Page 4: De Zon van binnen Paul Groot Afdeling Sterrenkunde, IMAPP Radboud Universiteit Nijmegen pgroot@astro.ru.nl](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062703/5551a0ee4979591f3c8b6f49/html5/thumbnails/4.jpg)
Zwaartekracht is radieel De zwaartekracht werkt op kleinste
afstand tussen twee deeltjes
Voor heel veel deeltjes leidt dit tot een bol!
![Page 5: De Zon van binnen Paul Groot Afdeling Sterrenkunde, IMAPP Radboud Universiteit Nijmegen pgroot@astro.ru.nl](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062703/5551a0ee4979591f3c8b6f49/html5/thumbnails/5.jpg)
Een radiële kracht.
![Page 6: De Zon van binnen Paul Groot Afdeling Sterrenkunde, IMAPP Radboud Universiteit Nijmegen pgroot@astro.ru.nl](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062703/5551a0ee4979591f3c8b6f49/html5/thumbnails/6.jpg)
De vier natuurkrachten
De Zwaartekracht
De Electromagnetische kracht
De Sterke kernkracht
De Zwakke kernkracht
![Page 7: De Zon van binnen Paul Groot Afdeling Sterrenkunde, IMAPP Radboud Universiteit Nijmegen pgroot@astro.ru.nl](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062703/5551a0ee4979591f3c8b6f49/html5/thumbnails/7.jpg)
Electromagnetische kracht
Electriciteit en magnetisme Maar houdt ook ons in vorm
![Page 8: De Zon van binnen Paul Groot Afdeling Sterrenkunde, IMAPP Radboud Universiteit Nijmegen pgroot@astro.ru.nl](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062703/5551a0ee4979591f3c8b6f49/html5/thumbnails/8.jpg)
Zwaartekracht is zwak
Zwaartekracht bijna factor 1040
zwakker dan electromagnetisme
Mimas, ~400 kilometer doorsnede
![Page 9: De Zon van binnen Paul Groot Afdeling Sterrenkunde, IMAPP Radboud Universiteit Nijmegen pgroot@astro.ru.nl](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062703/5551a0ee4979591f3c8b6f49/html5/thumbnails/9.jpg)
Zwaartekracht is zwak
Zowel EM als zwaartekracht vallen af als 1/r2
Pas als r → ∞, Fem/g → 0
![Page 10: De Zon van binnen Paul Groot Afdeling Sterrenkunde, IMAPP Radboud Universiteit Nijmegen pgroot@astro.ru.nl](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062703/5551a0ee4979591f3c8b6f49/html5/thumbnails/10.jpg)
Zwaartekrachts-aantrekking
Zwaartekracht is altijd aantrekkend
![Page 11: De Zon van binnen Paul Groot Afdeling Sterrenkunde, IMAPP Radboud Universiteit Nijmegen pgroot@astro.ru.nl](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062703/5551a0ee4979591f3c8b6f49/html5/thumbnails/11.jpg)
Electromagnetisme
Electromagnetisme niet altijd aantrekkend. Bovendien verdwijnt kracht als materiaal electrisch neutraal is
![Page 12: De Zon van binnen Paul Groot Afdeling Sterrenkunde, IMAPP Radboud Universiteit Nijmegen pgroot@astro.ru.nl](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062703/5551a0ee4979591f3c8b6f49/html5/thumbnails/12.jpg)
Zwaartekracht op grote afstand
Heelal is electrisch neutraal Zwaartekracht dominant
![Page 13: De Zon van binnen Paul Groot Afdeling Sterrenkunde, IMAPP Radboud Universiteit Nijmegen pgroot@astro.ru.nl](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062703/5551a0ee4979591f3c8b6f49/html5/thumbnails/13.jpg)
Een ster is een evenwicht
Zwaartekracht naar binnen ‘Iets’ naar buiten. Een ster verliest energie door straling, i.e.: een ster moet energie opwekken om zwaartekracht tegen te gaan en stralingsverlies te compenseren.
Een sterleven is eindig!!!
![Page 14: De Zon van binnen Paul Groot Afdeling Sterrenkunde, IMAPP Radboud Universiteit Nijmegen pgroot@astro.ru.nl](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062703/5551a0ee4979591f3c8b6f49/html5/thumbnails/14.jpg)
Gas druk levert tegenkracht
![Page 15: De Zon van binnen Paul Groot Afdeling Sterrenkunde, IMAPP Radboud Universiteit Nijmegen pgroot@astro.ru.nl](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062703/5551a0ee4979591f3c8b6f49/html5/thumbnails/15.jpg)
Zonnecentrum
Tkern = 14 •106 K
ρkern = 105 kg/m3
Pkern = 1016 N/m2
Voornamelijk heelheet!
![Page 16: De Zon van binnen Paul Groot Afdeling Sterrenkunde, IMAPP Radboud Universiteit Nijmegen pgroot@astro.ru.nl](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062703/5551a0ee4979591f3c8b6f49/html5/thumbnails/16.jpg)
Bronnen van energie
Verbranding van steenkool
Samentrekken van de Zon
Fusie!
![Page 17: De Zon van binnen Paul Groot Afdeling Sterrenkunde, IMAPP Radboud Universiteit Nijmegen pgroot@astro.ru.nl](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062703/5551a0ee4979591f3c8b6f49/html5/thumbnails/17.jpg)
Steenkool in de Zon?
Maximale leeftijd Zon: ~5000 jaar
![Page 18: De Zon van binnen Paul Groot Afdeling Sterrenkunde, IMAPP Radboud Universiteit Nijmegen pgroot@astro.ru.nl](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062703/5551a0ee4979591f3c8b6f49/html5/thumbnails/18.jpg)
Samentrekken?
Kelvin & Helmholtz: Zon trekt samen.
T ↑
![Page 19: De Zon van binnen Paul Groot Afdeling Sterrenkunde, IMAPP Radboud Universiteit Nijmegen pgroot@astro.ru.nl](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062703/5551a0ee4979591f3c8b6f49/html5/thumbnails/19.jpg)
Kelvin-Helmholtz tijdschaal
Kan de zon 20-30 miljoen jaar volhouden!
Ook niet lang genoeg…
![Page 20: De Zon van binnen Paul Groot Afdeling Sterrenkunde, IMAPP Radboud Universiteit Nijmegen pgroot@astro.ru.nl](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062703/5551a0ee4979591f3c8b6f49/html5/thumbnails/20.jpg)
Kelvin-Helmholtz tijdschaal
Energiebron van Jupiter!
![Page 21: De Zon van binnen Paul Groot Afdeling Sterrenkunde, IMAPP Radboud Universiteit Nijmegen pgroot@astro.ru.nl](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062703/5551a0ee4979591f3c8b6f49/html5/thumbnails/21.jpg)
Kern fusie
Pas in 1939 stellen Bethe & Critchfield voor dat Zon schijnt doorkernfusie
![Page 22: De Zon van binnen Paul Groot Afdeling Sterrenkunde, IMAPP Radboud Universiteit Nijmegen pgroot@astro.ru.nl](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062703/5551a0ee4979591f3c8b6f49/html5/thumbnails/22.jpg)
Hoe werkt kernfusie?
Einstein: E = mc2
Dit is de ‘rustmassa’ van een object
bv het proton: mp = 1.67 x 10-27 kg Ep = mp • (3x108)2 = 1.5x10-10 J
![Page 23: De Zon van binnen Paul Groot Afdeling Sterrenkunde, IMAPP Radboud Universiteit Nijmegen pgroot@astro.ru.nl](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062703/5551a0ee4979591f3c8b6f49/html5/thumbnails/23.jpg)
De pp-keten
De basis fusie keten is:
![Page 24: De Zon van binnen Paul Groot Afdeling Sterrenkunde, IMAPP Radboud Universiteit Nijmegen pgroot@astro.ru.nl](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062703/5551a0ee4979591f3c8b6f49/html5/thumbnails/24.jpg)
Massa verschil
4 x proton = 4 x mp
1 x helium = 2 x mp + 2 x mn
2 x electron = 2 x me
De energie winst is:(2 x (mp – mn) + 2 x me) c2
= 4.4x10-12 J
![Page 25: De Zon van binnen Paul Groot Afdeling Sterrenkunde, IMAPP Radboud Universiteit Nijmegen pgroot@astro.ru.nl](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062703/5551a0ee4979591f3c8b6f49/html5/thumbnails/25.jpg)
De Zonslichtkracht opgewekt
De lichtkracht van de Zon: 3.84 x 1026 J/s
De energie per fusie is: 4.4 x 10-12 J
Dus er zijn 3.84 x1026 / 4.4 x10-12 reactiesper seconde nodig om dit op te brengen:8.7 x 1037 fusies per seconde!
Dat is: 600 miljoen ton waterstof per seconde
![Page 26: De Zon van binnen Paul Groot Afdeling Sterrenkunde, IMAPP Radboud Universiteit Nijmegen pgroot@astro.ru.nl](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062703/5551a0ee4979591f3c8b6f49/html5/thumbnails/26.jpg)
Maar hoe werkt die fusie?De eerste stap is: p + p = D + e+ + ν
Zijn protonen niet beide positief geladen?
![Page 27: De Zon van binnen Paul Groot Afdeling Sterrenkunde, IMAPP Radboud Universiteit Nijmegen pgroot@astro.ru.nl](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062703/5551a0ee4979591f3c8b6f49/html5/thumbnails/27.jpg)
Sterke Kernkracht
Derde kracht in natuur is de sterke kernkracht. Werkt alleen op hele, hele korte afstanden: r < 10-15 m.
Maar is dan welveel sterker dande electro-magnetischekracht.
![Page 28: De Zon van binnen Paul Groot Afdeling Sterrenkunde, IMAPP Radboud Universiteit Nijmegen pgroot@astro.ru.nl](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062703/5551a0ee4979591f3c8b6f49/html5/thumbnails/28.jpg)
Coulomb barriereHeel veel energie nodig om twee protonen totop 10-15 m te krijgen!
![Page 29: De Zon van binnen Paul Groot Afdeling Sterrenkunde, IMAPP Radboud Universiteit Nijmegen pgroot@astro.ru.nl](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062703/5551a0ee4979591f3c8b6f49/html5/thumbnails/29.jpg)
Coulomb barriereEnergie per deeltje direct afhankelijk van de temperatuur: ε = k T.
Om alleen met de temperatuur over Coulombbarriere te komen: Tkern > 1010 K!
Probleem:
Temperatuur in centrum is geen 1010 K!
![Page 30: De Zon van binnen Paul Groot Afdeling Sterrenkunde, IMAPP Radboud Universiteit Nijmegen pgroot@astro.ru.nl](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062703/5551a0ee4979591f3c8b6f49/html5/thumbnails/30.jpg)
Atoomkernen
Sterke kernkracht houdt atoomkernen bij elkaar.
![Page 31: De Zon van binnen Paul Groot Afdeling Sterrenkunde, IMAPP Radboud Universiteit Nijmegen pgroot@astro.ru.nl](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062703/5551a0ee4979591f3c8b6f49/html5/thumbnails/31.jpg)
Coulomb barriere.
Maar om twee protonen zo dicht bij elkaarte krijgen moet de temperatuur 1010 K zijn!
Temperatuur in Zon is ‘slechts’ 107 K. Factor 1000 te laag!
Hoe kan dat?
![Page 32: De Zon van binnen Paul Groot Afdeling Sterrenkunde, IMAPP Radboud Universiteit Nijmegen pgroot@astro.ru.nl](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062703/5551a0ee4979591f3c8b6f49/html5/thumbnails/32.jpg)
Maxwell verdeling.
Gemiddelde energie per deeltje, ε=kT, maar sommige hebben meer, en sommige minder: Maxwell verdeling.
![Page 33: De Zon van binnen Paul Groot Afdeling Sterrenkunde, IMAPP Radboud Universiteit Nijmegen pgroot@astro.ru.nl](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062703/5551a0ee4979591f3c8b6f49/html5/thumbnails/33.jpg)
Maxwell verdeling II
Maar zelfs deeltjes in de staart zijn te schaars om fusie op gang te brengen: p(Tfusion) = 10-434!!
Eigenlijk zouden sterren niet mogen bestaan...??
![Page 34: De Zon van binnen Paul Groot Afdeling Sterrenkunde, IMAPP Radboud Universiteit Nijmegen pgroot@astro.ru.nl](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062703/5551a0ee4979591f3c8b6f49/html5/thumbnails/34.jpg)
Quantum Tunneling
George Gamov ontdekt quantum tunneling:
Quantum tunneling
![Page 35: De Zon van binnen Paul Groot Afdeling Sterrenkunde, IMAPP Radboud Universiteit Nijmegen pgroot@astro.ru.nl](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062703/5551a0ee4979591f3c8b6f49/html5/thumbnails/35.jpg)
Is dat het hele verhaal?
Nee, want met twee protonen heb je noggeen deuterium.
Een proton → neutron ook nog nodig.
p+ → n + e+ + ν
![Page 36: De Zon van binnen Paul Groot Afdeling Sterrenkunde, IMAPP Radboud Universiteit Nijmegen pgroot@astro.ru.nl](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062703/5551a0ee4979591f3c8b6f49/html5/thumbnails/36.jpg)
De zwakke kernkracht
De zwakke kernkracht zorgt voor het ‘verval’van protonen en neutronen.
Werkt alleen over extreem korte afstanden: r < 10-17 m
Simon vd Meer Carlo Rubbia Nobelprijs 1984
![Page 37: De Zon van binnen Paul Groot Afdeling Sterrenkunde, IMAPP Radboud Universiteit Nijmegen pgroot@astro.ru.nl](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062703/5551a0ee4979591f3c8b6f49/html5/thumbnails/37.jpg)
De eerste stap in pp-keten
Eerste stap in pp-keten (het maken van deuterium) is ook de meest zeldzaamste:
Kans van 10-9 dat het een paar protonen in de kern overkomt. De volgende stappen zijn snel.
Hierdoor kan de Zon fusie langzaam latenverlopen!
![Page 38: De Zon van binnen Paul Groot Afdeling Sterrenkunde, IMAPP Radboud Universiteit Nijmegen pgroot@astro.ru.nl](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062703/5551a0ee4979591f3c8b6f49/html5/thumbnails/38.jpg)
De proton-proton-keten
![Page 39: De Zon van binnen Paul Groot Afdeling Sterrenkunde, IMAPP Radboud Universiteit Nijmegen pgroot@astro.ru.nl](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062703/5551a0ee4979591f3c8b6f49/html5/thumbnails/39.jpg)
Bijproducten van fusie
Bij pp-keten komen twee fotonenen twee neutrinos vrij.
En die e+ dan?
![Page 40: De Zon van binnen Paul Groot Afdeling Sterrenkunde, IMAPP Radboud Universiteit Nijmegen pgroot@astro.ru.nl](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062703/5551a0ee4979591f3c8b6f49/html5/thumbnails/40.jpg)
Fotonen
De positronen annihileren met losse electronen tot fotonen:
e+ + e- = 2γ
Samen met fotonen uit fusie zorgtdit voor verhitting (= druk) van (in) centrum.
![Page 41: De Zon van binnen Paul Groot Afdeling Sterrenkunde, IMAPP Radboud Universiteit Nijmegen pgroot@astro.ru.nl](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062703/5551a0ee4979591f3c8b6f49/html5/thumbnails/41.jpg)
Neutrino verliezen
Neutrino’s dragen niet bij aan verhitting!Botsingsdoorsnede zo klein dat meestedoor Zon meteen wegvliegen.
γ
ν
![Page 42: De Zon van binnen Paul Groot Afdeling Sterrenkunde, IMAPP Radboud Universiteit Nijmegen pgroot@astro.ru.nl](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062703/5551a0ee4979591f3c8b6f49/html5/thumbnails/42.jpg)
Energie ‘afvoer’
Neutrinos zorgen dus voor energieverliesvan de Zon. Energie komt niet ten goede aan tot stand houden van evenwicht.
Vraag: hoeveel Zonne-neutrino’s vliegen er per seconde door je hand (~25 cm2)?