Pourquoi le processus de fusion du soleil ne s'accélère-t-il pas?

Ai-je raison de dire que le processus de fusion du soleil est constant, c'est-à-dire que la quantité de fusion X se produit par jour, plus ou moins? Pourquoi cela n'accélère-t-il pas, c'est-à-dire qu'un événement de fusion crée de l'énergie pour deux événements de fusion, etc.? Est-ce que chaque collision d'atomes provoque un événement de fusion, ou la probabilité qu'un événement de fusion se produise est-elle faible, ce n'est donc pas une réaction incontrôlable? J'ai entendu dire que la probabilité qu'un événement de fusion se produise n'est que de 1 sur 10 ¹² pour chaque collision.

Ai-je raison de dire que le processus de fusion du soleil est constant, c'est-à-dire que la quantité de fusion X se produit par jour, plus ou moins?

Oui, au moins sur des échelles de temps humaines. Vous pouvez raisonnablement vous attendre à ce que le taux de fusion dans le soleil soit le même aujourd'hui qu'il y a quelques milliers d'années ou dans le futur, donnez ou prenez une petite fraction.

Pourquoi cela ne s'accélère-t-il pas, c'est-à-dire qu'un événement de fusion crée de l'énergie pour deux événements de fusion, etc.?

L'énergie libérée par la fusion est rapidement distribuée sous forme d'énergie thermique au centre du soleil, et la différence de température entre la surface (environ 6000 K) et le centre (estimée à 15 millions de K) entraîne un flux d'énergie du chaud au froid.

Chaque collision d'atomes provoque-t-elle un événement de fusion, ou la probabilité est-elle faible qu'un événement de fusion se produise, ce n'est donc pas une réaction incontrôlable?

La fusion au soleil n'est pas une réaction nucléaire galopante (comme une masse critique d'uranium dans une réaction de fission).

Il est possible en théorie d'avoir des événements de fusion incontrôlables, mais la pression et la température pour que cela se produise ne sont pas approchées au cœur du soleil. Pour les étoiles stables comme le soleil, les forces et les flux d'énergie sont en équilibre - si le noyau devenait légèrement plus chaud, la pression augmenterait et l'étoile se dilaterait légèrement contre la force de gravité pour compenser. Des choses intéressantes se produisent lorsque les étoiles tombent hors d'équilibre et qu'un allumage par fusion incontrôlable peut se produire dans certains scénarios .

De plus, ce point d'équilibre se déplace pendant la durée de vie d'une étoile lorsque son mélange d'éléments change en raison de la fusion. Ceci est prévisible pour de nombreuses étoiles et constitue la base des étoiles de séquence principale dans le diagramme de Hertzsprung-Russell

J'ai entendu dire que la probabilité qu'un événement de fusion se produise n'est que de 1 sur 10 ^ 12 pour chaque collision

Je ne connais pas l'exactitude de cela, mais cela semble raisonnable. La définition de «collision» devient quelque peu arbitraire dans un environnement aussi chaud et dense. Si vous incluez uniquement des approches suffisamment proches pour que la force nucléaire puissante domine l'interaction, le rapport pourrait être plus élevé.

Un autre fait que j'ai trouvé intéressant dans le même domaine est que la densité de puissance de la fusion - c'est-à-dire les watts par mètre cube de substance - au soleil est à peu près la même que celle trouvée dans un tas de compost typique . Il s'agit d'un environnement très différent de l'intérieur d'une expérience de réacteur à fusion ou d'une bombe à fusion, qui ont des densités de puissance beaucoup plus élevées.

Non, le taux de fusion du Soleil n'est pas absolument constant dans le temps. Le Soleil devient progressivement plus lumineux et cette luminosité est assurée presque exclusivement par fusion dans le noyau. Cependant, le taux d'augmentation n'est pas important, de l'ordre de 10% par milliard d'années.

$^3$

$10^{10}$$3 \times 10^{-18}$$^{-1}$$v \simeq (3k_B T/m_p)^{1/2} = 600$$15\times 10^{6}$$n_p \sim 6 \times 10^{31}$$^{-3}$$\sigma \sim \pi (\hbar/mv)^2$$n_p \sigma v \sim 10^{12}$$^{-1}$

$3\times 10^{29}$

Si le taux de fusion du Soleil augmentait rapidement, alors ce qui se passerait, c'est que le Soleil se dilaterait, le noyau deviendrait moins dense et le taux de fusion chuterait. Il agit essentiellement comme un thermostat, maintenant le soleil à la bonne température pour supporter son propre poids et fournir la luminosité qui émerge de sa surface.

De plus, l'explication habituelle pour laquelle la fusion ne s'enfuit pas est incomplète. L'histoire simple qui ne peut pas être l'histoire complète est que si la fusion se produit trop rapidement, la chaleur s'accumule et crée une surpression. Cette surpression provoque une expansion, et l'expansion fonctionne, ce qui abaisse la température et redescend la fusion jusqu'à ce qu'elle corresponde au taux d'échappement radiatif.

La raison pour laquelle ceci est incomplet est que le travail d'expansion n'induit pas de stabilité s'il ne se produit que contre une pression externe fixe, cette quantité de travail est toujours insuffisante pour la stabiliser (ce qui conduit à des "éclairs de coquille" plus tard dans la vie d'une étoile) . La seule chose qui est capable de stabiliser la fusion est le travail supplémentaire contre la gravité , comme vous pouvez facilement voir comment la gravité est incluse dans une telle analyse. Il doit donc être important qu'un emballement local ait le résultat net d'éloigner le gaz du centre solaire, effectuant ainsi un travail gravitationnel - un détail important normalement omis des explications. En effet, il serait plus juste de dire que la fusion solaire est stabilisée par une combinaison de travaux d'expansion et de levage gravitationnel.