Auringosta saaman säteilyn aiheuttaa tähti ydinreaktioiden aikana vapautuva energia. Auringon tärkein ydinpolttoaine on vetyydyt (protoni), jotka fuusioidaan yhdessä tuottamaan heliumydimiä (kaksi protonia ja kaksi neutronia). Tässä toiminnassa opiskelijat laativat kaavion, joka osoittaa, kuinka vetyydyt sulautuvat yhteen tuottamaan heliumydimiä ja energiaa.
Prosessin ensimmäisen vaiheen aikana kaksi protonia sulautuvat yhteen muodostaen protoni- ja neutroniparin, joka tunnetaan nimellä vety-2, tai deuterium. Tämä vapauttaa neutriinon ja positronin. Toinen protoni sulautuu deuteriumytimeen, jolloin muodostuu kaksinkertainen protoni, neutronitryletti, joka tunnetaan nimellä Helium-3 ja joka vapauttaa myös positronin. Kun yksi Helium-3-ydin sulautuu toisen Helium-3-ytimen kanssa, muodostuu Helium (He-4) -ydin, joka vapauttaa kaksi protonia. Jokaisessa reaktion vaiheessa energiaa vapautuu.
Kaikki rautaan (Fe) saakka olevat elementit syntyvät fuusioreaktioiden aikana tähdissä. Rautaa raskaampia alkuaineita syntyy supernoova-räjähdyksissä reaktiossa, jota kutsutaan neutronien sieppausreaktioiksi.
Haastaaksesi edistyneempiä oppilaita, pyydä heitä pohtimaan, miksi neutriinoja ja positroneita vapautuu jokaisessa vaiheessa. Tukea tarvitseville opiskelijoille leikkaa valmiiksi valmistettu esimerkkitaulu ja pyydä heitä koottamaan kappaleet oikeaan järjestykseen. Toinen idea on saada opiskelijasi tekemään erilaisia kuvailevia visualisointeja erilaisista fuusioreaktioista, kuten heliumytumien fuusio hiilituumien tekemiseksi.
(Nämä ohjeet ovat täysin muokattavissa. Kun olet napsauttanut "Kopioi toiminta", päivitä ohjeet tehtävän Muokkaa-välilehdellä.)
Luo kuvakäsikirjoitus osoittamaan, kuinka vetyydyt sulautuvat yhteen tuottamaan heliumydimiä ja energiaa. Tämä on erittäin tärkeä ydinreaktio, joka tapahtuu Auringon kaltaisten tähtien sisällä.
Osallista opiskelijat simuloimalla vedyn fuusiota käyttäen yksinkertaisia luokkahuonetarvikkeita. Käytännön kokemukset auttavat visualisoimaan, kuinka protonit yhdistyvät muodostamaan helium ja vapauttavat energiaa.
Kerää esineitä kuten värillisiä palloja, paperirenkaat tai rakennuspalikoita edustamaan protoneja, neutroniä ja elektroneja. Visuaaliset rekvisiitat tekevät abstrakteista ydinprosesseista konkreettisia oppilaille.
Järjestä opiskelijat pienryhmiin, joissa jokaiselle annetaan hiukkanekortti (protoni, neutroni, positroni, neutrino tai fotoni). roolipelaaminen tekee fuusion vaiheista elävöitettyjä ja kannustaa osallistumiseen.
Ohjaa opiskelijat fyysisesti yhdistämään ja järjestämään rekvisiittojaan jäljitellen fuusioreaktioita — protonien yhdistäminen, deuteriumin muodostaminen, helium-3:n synty ja helium-4:n tuottaminen. Pysähdy jokaisen vaiheen jälkeen tunnistamaan, mitä vapautuu (energia, positronit, neutrino).
Johda keskustelua siitä, mitä opiskelijat havaitsivat, keskittyen siihen, miten energia ja uudet elementit syntyvät tähdissä. Yhdistä simulaatio todelliseen astrofysiikkaan syventääksesi ymmärrystä ja muistia.
Vetyfuusio on prosessi, jossa vetyytimet (protonit) yhdistyvät muodostaakseen heliumytimiä tähtien sisällä, kuten Auringossa. Tämä reaktio vapauttaa suuria määriä energiaa, joka pitää tähdet käynnissä ja tuottaa valoa ja lämpöä, jotka ovat elämän kannalta välttämättömiä.
Oppilaat voivat luoda tarinakuvion, joka esittää jokaisen vaiheen, kun vetyytimet fuusioituvat heliumiksi. Käytä muotoja hiukkasille, nuolet reaktioille ja lisää avain selittämään symboleja. Korosta energian, neutrinoiden ja positronien vapautumista kussakin vaiheessa.
Päävaiheet ovat: 1) Kaksi protonia fuusioituu deuteriumiksi, vapauttaen neutrino ja positronin; 2) Deuterium fuusioituu toisen protonin kanssa muodostaen helium-3:n, vapauttaen positronin; 3) Kaksi helium-3-ytintä yhdistyvät muodostaakseen helium-4:n, vapauttaen kaksi protonia. Energia vapautuu jokaisessa vaiheessa.
Neutrinoita ja positroneja syntyy ydinfuusioprosessissa sivutuotteina. Niiden vapautuminen auttaa säilyttämään energian, varauksen ja muut määrät reaktioissa, ja ne toimivat todisteena siitä, että fuusio tapahtuu tähtien sisällä.
Stellar fusion luo alkuaineita jopa rautaan (Fe) yhdistämällä kevyempiä ydinaihioita. Toisaalta neutronikaappareaktiot supernovaissa tekevät raskaampia alkuaineita kuin rauta, käyttäen neutronivyöryä, kun massiiviset tähdet räjähtävät.