Záření, které přijímáme od Slunce, je způsobeno energií uvolněnou během jaderných reakcí ve hvězdě. Hlavním palivem Slunce jsou atomy vodíku (proton), které jsou spojeny dohromady a vytvářejí jádra helia (dva protony a dva neutrony). V této aktivitě studenti vytvoří diagram, který ukazuje, jak se vodíková jádra spojují dohromady za vzniku jader helia a energie.
Během první fáze procesu se dva protony spojí dohromady a vytvoří protonový a neutronový pár, známý jako vodík-2 nebo deuterium. Tím se uvolní neutrino a pozitron. Další proton se spojí s jádrem deuteria a vytvoří dvojitý proton, neutronový triplet, známý jako Helium-3, který také uvolňuje pozitron. Když se jedno jádro Helium-3 spojí s jiným jádrem Helium-3, vytvoří se jádro Helia (He-4), které uvolní dva protony. V každé fázi této reakce se uvolňuje energie.
Všechny prvky až do železa (Fe) jsou vytvářeny během fúzních reakcí ve hvězdách. Prvky těžší než železo vznikají při výbuchu supernovy v reakci zvané reakce zachycení neutronů.
Chcete-li vyzvat pokročilejší studenty, nechte je přemýšlet o tom, proč jsou neutrina a pozitrony uvolňovány v každé fázi. Pro studenty, kteří potřebují podporu, rozřežte hotový vzorový scénář a nechte je, aby kousky skládali ve správném pořadí. Další myšlenkou je, aby vaši studenti vytvořili různé popisné vizualizace různých fúzních reakcí, jako je například fúzi jader helia na uhlíková jádra.
(Tyto pokyny jsou zcela přizpůsobitelné. Po kliknutí na „Kopírovat aktivitu“ aktualizujte pokyny na kartě Upravit úkolu.)
Vytvořte scénář, který vám ukáže, jak jsou vodíková jádra spojena dohromady za vzniku jader helia a energie. Toto je velmi důležitá jaderná reakce, ke které dochází uvnitř hvězd, jako je Slunce.
Zapojte studenty tím, že budou simulovat vodíkovou fúzi pomocí jednoduchých třídních materiálů. Praktické zkušenosti pomáhají studentům vizualizovat, jak se protony spojují, tvoří helium a uvolňují energii.
Barvené míčky, papírové kruhy nebo stavební kostky mohou sloužit jako reprezentace protonů, neutronů a elektronů. Vizuální rekvizity činí abstraktní jaderné procesy hmatatelnými pro studenty.
Rozdělte studenty do malých skupin a dejte každé skupině kartu s částicí (proton, neutron, pozitron, neutrino nebo foton). Hraní rolí oživuje kroky fúze a povzbuzuje účast.
Provádějte studenty, aby fyzicky spojovali a upravovali své rekvizity, aby napodobili reakce fúze—sjednocení protonů, tvorbu deuteria, vznik helia-3 a produkci helia-4. Zastavte se po každém kroku a identifikujte, co je uvolňováno (energie, pozitrony, neutrino).
Usnadněte konverzaci o tom, co studenti pozorovali, s důrazem na to, jak energie a nové prvky vznikají ve hvězdách. Propojování simulace s reálnou astrofyzikou prohlubuje pochopení a zapamatování.
Vodíková fúze je proces, při kterém se vodíková jádra (protony) spojují za vzniku helia uvnitř hvězd, například Slunce. Tato reakce uvolňuje velké množství energie, která pohání hvězdy a zajišťuje světlo a teplo, nezbytné pro život na Zemi.
Žáci mohou vytvořit storyboardový diagram ukazující každý stupeň vodíkové fúze na helia. Použijte tvary pro částice, šipky pro reakce a přidejte klíč k vysvětlení symbolů. Zdůrazněte uvolnění energie, neutrino a pozitronů při každém kroku.
Hlavní kroky jsou: 1) Dva protony se spojují za vzniku deuteria, uvolňují neutrino a pozitron; 2) Deuterium se spojuje s dalším protonem za vzniku helia-3, uvolňuje pozitron; 3) Dva heliová jádra se spojí za vzniku helia-4 a uvolní dva protony. Energie je uvolněna při každém kroku.
Neutrina a pozitrony jsou vedlejší produkty procesu jaderné fúze. Jejich uvolnění pomáhá zachovat energii, náboj a další veličiny v reakcích, a také dokazují, že fúze probíhá uvnitř hvězd.
Fúze ve hvězdách vytváří prvky až po železo (Fe) spojením lehčích jader. Naopak, reakce zachycování neutronů ve supernovách vytvářejí těžší prvky než železo pomocí nárazového toku neutronů při výbuchu masivních hvězd.