الإشعاع الذي نتلقاه من الشمس ناتج عن الطاقة المنبعثة خلال التفاعلات النووية في النجم. الوقود النووي الرئيسي للشمس هو نواة الهيدروجين (بروتون) ، والتي يتم دمجها معًا لإنتاج نوى الهيليوم (بروتونان ونيوترون). في هذا النشاط ، سيقوم الطلاب بإنشاء رسم بياني يوضح كيف تندمج نوى الهيدروجين معًا لإنتاج نوى الهيليوم والطاقة.
خلال المرحلة الأولى من العملية ، يندمج بروتونان معًا لتشكيل زوج من البروتون والنيوترون ، يعرف باسم Hydrogen-2 أو deuterium. هذا يطلق نيترينو وبوزيترون. بروتون آخر يدمج في نواة الديوتيريوم ، مما يخلق بروتون مزدوج ، ثلاثي النيوترونات ، يعرف باسم الهليوم -3 ، والذي يطلق أيضًا البوزيترون. عندما تدمج نواة واحدة من الهيليوم -3 مع نواة أخرى من الهيليوم -3 ، تتشكل نواة هيليوم (He-4) ، وتطلق بروتونين. في كل مرحلة من هذا التفاعل ، يتم إطلاق الطاقة.
يتم إنشاء جميع العناصر حتى الحديد (الحديد) أثناء تفاعلات الاندماج في النجوم. يتم إنشاء عناصر أثقل من الحديد في انفجارات السوبرنوفا في تفاعل يسمى تفاعلات التقاط النيوترون.
لتحدي الطلاب الأكثر تقدماً ، اجعلهم يفكرون في سبب إطلاق النيوتريونات والبوزيترونات في كل مرحلة. بالنسبة للطلاب الذين يحتاجون إلى الدعم ، اقتطع لوحة العمل النموذجية المكتملة واطلب منهم تجميع الأجزاء في الترتيب الصحيح. هناك فكرة أخرى تتمثل في جعل طلابك يقومون بتصورات وصفية مختلفة لتفاعلات الاندماج المختلفة ، مثل اندماج نوى الهيليوم لصنع نوى كربون.
(هذه التعليمات قابلة للتخصيص بالكامل. بعد النقر على "نسخ النشاط" ، حدِّث التعليمات الموجودة في علامة التبويب "تعديل" في المهمة.)
قم بإنشاء لوحة عمل لإظهار كيف يتم دمج نوى الهيدروجين معًا لإنتاج نوى الهيليوم والطاقة. هذا رد فعل نووي مهم للغاية يحدث داخل النجوم مثل الشمس.
شارك الطلاب بمحاكاة اندماج الهيدروجين باستخدام مواد بسيطة للصف. تجارب عملية تساعد المتعلمين على تصور كيف تتحد البروتونات لتكوين الهيليوم وإطلاق الطاقة.
اجمع عناصر مثل الكرات الملونة، الدوائر الورقية، أو كتل البناء لتمثيل البروتونات، النيوترونات، والإلكترونات. دعائم بصرية تجعل العمليات النووية المجردة ملموسة للطلاب.
نظم الطلاب في مجموعات صغيرة، مع إعطاء كل عضو بطاقة جسيم (بروتون، نيوترون، بوزيترون، نيوترينو، أو فوتون). تمثيل الأدوار يُحيي خطوات الاندماج ويشجع على المشاركة.
وجه الطلاب أثناء قيامهم بدمج وإعادة ترتيب أدواتهم بشكل مادي لمحاكاة تفاعلات الاندماج—دمج البروتونات، إنشاء الديوتيريوم، تكوين الهيليوم-3، وإنتاج الهيليوم-4. توقف بعد كل خطوة لتحديد ما يُطلق (طاقة، بوزيترونات، نيوترينوات).
سهل مناقشة حول ما لاحظه الطلاب، مع التركيز على كيفية إنشاء الطاقة والعناصر الجديدة في النجوم. ربط المحاكاة بعلم الفلك الحقيقي يعمق الفهم والاحتفاظ بالمعلومات.
اندماج الهيدروجين هو العملية التي تتحد فيها أنوية الهيدروجين (البروتونات) لتكوين أنوية الهيليوم داخل النجوم، مثل الشمس. يطلق هذا التفاعل كميات كبيرة من الطاقة، التي تغذي النجوم وتوفر الضوء والحرارة الضروريين للحياة على الأرض.
يمكن للطلاب إنشاء مخطط سردي يُظهر كل مرحلة من مراحل اندماج نوى الهيدروجين إلى الهيليوم. استخدم أشكال للجسيمات، وأسهم للتفاعلات، وأضف مفتاحًا لشرح الرموز. أبرِز إطلاق الطاقة، والنيوترينوات، والبوزيترونات في كل خطوة.
الخطوات الرئيسية هي: 1) يندمج بروتونان لتكوين الديوتيريوم، مُطلقين نيوترينو وبوزيترون؛ 2) يندمج الديوتيريوم مع بروتون آخر لتكوين الهليوم-3، مُطلقًا بوزيترون؛ 3) يندمج نواتا هليوم-3 لتكوين هليوم-4، مُطلقين بروتونين. يُطلق طاقة في كل مرحلة.
إن النيوترينوات والبوزيترونات هما من المنتجات الثانوية لعملية الاندماج النووي. تساعد إطلاقاتهما على حفظ الطاقة، والشحنة، والكميات الأخرى في التفاعلات، وتوفر أدلة على أن الاندماج يحدث داخل النجوم.
يُنتج الاندماج في النجوم عناصر حتى الحديد (Fe) من خلال دمج أنوية أخف. بالمقابل، تُنتج تفاعلات التقاط النيوترونات في المستعرات الأعظمية عناصر أثقل من الحديد، باستخدام موجة من النيوترونات عندما تنفجر النجوم الضخمة.