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Pourquoi la fusion nucléaire dans une étoile ne la fait-elle pas exploser
gpt
La fusion qui se produit dans le cœur du Soleil ne se produit en rien dans les conditions auxquelles vous pourriez penser dans une bombe ou un réacteur à fusion. En particulier, elle se produit à des températures beaucoup plus basses et à un taux beaucoup plus bas. Un mètre cube de matériau dans le cœur solaire ne libère qu'environ 250 W de puissance par fusion.
Le taux de fusion est déterminé par la température (et dans une moindre mesure, la densité) du cœur. Cela est à son tour déterminé par le besoin d'un gradient de pression pour équilibrer le poids du matériau qui appuie dessus depuis le dessus. À 15 millions de kelvins (la température du cœur, qui est beaucoup plus basse que les températures des bombes nucléaires ou des réacteurs à fusion), le proton moyen a une durée de vie de plusieurs milliards d'années avant d'être converti (avec trois autres) en un noyau d'hélium. Il y a deux raisons pour lesquelles cela est lent. Premièrement, vous devez rapprocher suffisamment les protons, qui se repoussent électromagnétiquement, pour ressentir la force nucléaire forte. C'est pourquoi des températures élevées sont nécessaires. Deuxièmement, parce que le diproton est instable, l'un des protons doit se transformer en neutron via une interaction de force faible, alors qu'il est dans l'état instable de diproton, pour former un noyau de deutérium. C'est tout simplement peu probable et cela signifie que la chaîne de réaction globale vers l'hélium est très lente.
La raison pour laquelle il n'y a pas d'explosion de type bombe est qu'il n'y a aucun problème à déplacer 250 W par mètre cube loin du cœur, de la même manière qu'un tas de compost, qui génère à peu près la même densité de puissance, n'explose pas spontanément. Dans le cas d'une étoile, toute chaleur supplémentaire se transforme en plus de rayonnement qui se diffuse et en travail effectué pour étendre l'étoile. En conséquence, la température du cœur est stable. En fin de compte, toute énergie supplémentaire se manifeste sous forme de lumière du soleil à la photosphère solaire.
Si, pour une raison quelconque, l'opacité au rayonnement dans le cœur augmentait, alors la température augmenterait et plus d'énergie serait générée par fusion. C'est exactement ce qui se passe dans le cœur lorsque plus d'hydrogène est transformé en hélium ; la température du cœur et la luminosité augmentent, mais lentement, sur des échelles de temps de plusieurs milliards d'années.