Spinduliuotę, kurią gauname iš saulės, sukelia energija, išsiskirianti vykstant žvaigždės branduolinėms reakcijoms. Pagrindinis Saulės branduolinis kuras yra vandenilio branduoliai (protonas), kurie susilieja kartu, kad susidarytų helio branduoliai (du protonai ir du neutronai). Vykdydami šią veiklą, studentai sukurs diagramą, parodančią, kaip vandenilio branduoliai susilieja, kad susidarytų helio branduoliai ir energija.
Pirmajame proceso etape du protonai susilieja, sudarydami protonų ir neutronų poras, žinomas kaip Vandenilis-2, arba deuterį. Tai išskiria neutriną ir pozitroną. Kitas protonas susilieja su deuterio branduoliu, sukurdamas dvigubą protoną, neutronų tripletą, žinomą kaip Helium-3, kuris taip pat išskiria pozitroną. Kai vienas Helio-3 branduolys susilieja su kitu Helio-3 branduoliu, susidaro helio (He-4) branduolys, atpalaiduojantis du protonus. Kiekviename šios reakcijos etape išsiskiria energija.
Visi elementai iki geležies (Fe) yra sukurti lydimosi reakcijų metu žvaigždėse. Elementai, sunkesni už geležį, sukuriami supernovų sprogimuose, vykstančiuose reakcijoje, vadinamoje neutronų gaudymo reakcijomis.
Norėdami mesti iššūkį labiau pažengusiems studentams, paprašykite jų pagalvoti, kodėl kiekviename etape išsiskiria neutrinai ir pozitronai. Studentams, kuriems reikia palaikymo, supjaustykite užpildytą pavyzdinę siužetinę liniją ir padėkite juos sudėti teisinga tvarka. Kita idėja yra ta, kad jūsų studentai padarytų skirtingas aprašomąsias įvairių sintezės reakcijų vizualizacijas, pavyzdžiui, helio branduolių suliejimą, kad būtų sudaryti anglies branduoliai.
(Šias instrukcijas galima visiškai tinkinti. Spustelėję „Kopijuoti veiklą“, atnaujinkite užduoties skirtuke Redaguoti esančias instrukcijas.)
Sukurkite siužetinę liniją, kad parodytumėte, kaip vandenilio branduoliai susilieja, kad susidarytų helio branduoliai ir energija. Tai labai svarbi branduolinė reakcija, kuri vyksta žvaigždžių, tokių kaip Saulė, viduje.
Įtraukite mokinius, imituodami vandenilio fuziją naudojant paprastus klasės medžiagų rinkinius. Rankų darbo patirtys padeda mokiniams įsivaizduoti, kaip protonai susijungia į helį ir išskiria energiją.
Rinkite daiktus kaip spalvotus kamuoliukus, popieriaus apskritimus ar statybinius blokelius, kurie simbolizuoja protonus, neutronus ir elektronus. Vaizdiniai atributai daro branduolinius procesus suprantamesnius mokiniams.
Organizuokite mokinius į mažas grupes, suteikdami kiekvienam dalelės kortelę (protonas, neutronas, positronas, neutrinas ar fotonas). Vaidmenų žaidimas padeda perteikti fuzijos žingsnius ir skatina dalyvavimą.
Vadovaukite mokiniams, kaip jie fiziškai sujungia ir pertvarko savo atributus, imituodami fuzijos reakcijas – susijungdami protonus, kuriant deuterį, formuojant helio-3 ir gaminant helio-4. Stabtelkite po kiekvieno žingsnio, kad nurodytumėte, kas išsiskiria (energija, positronai, neutrinos).
Veskite pokalbį apie tai, ką mokiniai pastebėjo, sutelkiant dėmesį į tai, kaip energija ir nauji elementai susidaro žvaigždėse. Susiejimas su simuliacija ir tikra astrofizika gilina supratimą ir įsiminimą.
Vandenilio fuzija yra procesas, kai vandenilio branduoliai (protonai) susijungia į helio branduolius žvaigždėse, pavyzdžiui, Saulėje. Šis reakcija išskiria didelius kiekius energijos, kuri maitina žvaigždžių šviesą ir šilumą, būtinas gyvybei Žemėje.
Mokiniai gali sukurti pasakojimo juostos diagramą, rodydami kiekvieną vandenilio branduolių sujungimo į helio etapą. Naudokite formas dalelių žymėjimui, rodykles reakcijoms ir įtraukite raktą, paaiškinantį simbolius. Pabrėžkite energijos, neutrinių ir pozitronų išsiskyrimą kiekviename etape.
Pagrindiniai žingsniai yra: 1) Du protonai susijungia, kad sudarytų deuterį, išskirdami neutrino ir pozitroną; 2) Deuteris susijungia su kitu protonu, kad sudarytų helio-3, išskirdamas pozitroną; 3) Du helio-3 branduoliai susijungia į helio-4, išskirdami du protonus. Energija išskiriama kiekviename etape.
Neutrinos ir pozitrons yra šalutiniai branduolinės fuzijos produktai. Jų išsiskyrimas padeda išlaikyti energijos, krūvio ir kitų kiekių išsaugojimą reakcijose, ir jie suteikia įrodymų, kad fuzija vyksta žvaigždėse.
Fuzija žvaigždėse kuria elementus iki geležies (Fe), jungiant lengvesnius branduolius. Tuo tarpu neutronų sugavimo reakcijos supernovose sukuria sunkesnius už geležį elementus, naudojant neutrinų pliūpsnį, kai dideli žvaigždžių sprogimai įvyksta.