Strålingen vi mottar fra solen er forårsaket av energien som frigjøres under kjernefysiske reaksjoner i stjernen. Solens viktigste kjernebrensel er hydrogenskjerner (en proton), som smeltes sammen for å produsere heliumkjerner (to protoner og to nøytroner). I denne aktiviteten skal studentene lage et diagram som viser hvordan hydrogenkjerner smelter sammen for å produsere heliumkjerner og energi.
I løpet av det første stadiet i prosessen smelter to protoner sammen for å danne et proton- og nøytronpar, kjent som Hydrogen-2, eller deuterium. Dette frigjør en nøytrino og en positron. En annen proton smelter sammen med deuteriumkjernen, og skaper en dobbelt proton, nøytrontriplett, kjent som Helium-3, som også frigjør en positron. Når en Helium-3-kjerne smelter sammen med en annen Helium-3-kjerne, dannes en Helium (He-4) kjerne, som frigjør to protoner. På hvert trinn i denne reaksjonen frigjøres energi.
Alle elementene opp til jern (Fe) blir til under fusjonsreaksjoner i stjerner. Elementer som er tyngre enn jern skapes i supernovaeksplosjoner i en reaksjon som kalles nøytronfangstreaksjoner.
For å utfordre mer avanserte studenter, la dem tenke på hvorfor nøytrinoer og positroner frigjøres på hvert trinn. For elever som trenger støtte, klipp opp det ferdige eksemplet storyboard og få dem til å sette brikkene sammen i riktig rekkefølge. En annen idé er å få studentene dine til å lage forskjellige beskrivende visualiseringer av forskjellige fusjonsreaksjoner, for eksempel fusjon av heliumkjerner for å lage karbonkjerner.
(Disse instruksjonene kan tilpasses fullstendig. Etter å ha klikket på "Kopier aktivitet", oppdater instruksjonene på Rediger-fanen i oppgaven.)
Lag et storyboard for å vise hvordan hydrogenkjerner smeltes sammen for å produsere heliumkjerner og energi. Dette er en veldig viktig atomreaksjon som skjer inne i stjerner som sola.
Engasjer elever ved å simulere hydrogenfusjon ved hjelp av enkle klasseromsmateriell. Håndfaste opplevelser hjelper elever å visualisere hvordan protoner kombineres for å danne helium og frigjør energi.
Samle objekter som fargede baller, papirskiver eller byggeklosser for å representere protoner, nøytroner og elektroner. Visuelle rekvisitter gjør abstrakte kjerneprosesser håndgripelige for elever.
Organiser elever i små grupper, hvor hver medlem får et partikkelkort (proton, nøytron, positron, neutrino eller foton). Rollespill bringer fusjonstrinnene til live og oppmuntrer til deltakelse.
Veilede elever til å fysisk kombinere og omorganisere rekvisittene for å etterligne fusjon — sammenfletting av protoner, dannelse av deuterium, dannelse av helium-3 og produksjon av helium-4. Paus etter hvert trinn for å identifisere hva som frigjøres (energi, positroner, neutrinoer).
Fasiliter en samtale om hva elevene observerte, med fokus på hvordan energi og nye elementer skapes i stjerner. Forbind simuleringen med ekte astrofysikk for å styrke forståelsen og hukommelsen.
Hydrogenfusjon er prosessen der hydrogenkjerner (protoner) kombineres for å danne heliumkjerner inne i stjerner, som Solen. Denne reaksjonen frigjør store mengder med energi, som driver stjernene og gir det lys og varme, essensielt for liv på jorden.
Elever kan lage et storyboard-diagram som viser hvert steg av hydrogenkjerner som fusjonerer til helium. Bruk former for partikler, piler for reaksjoner, og inkluder en nøkkel for å forklare symboler. Fremhev frigivelsen av energi, nøytrinoer og positroner ved hvert trinn.
Hovedtrinnene er: 1) To protoner fusjonerer for å danne deuterium, og frigjør en nøytrino og et positron; 2) Deuterium fusjonerer med en annen proton for å lage helium-3, og frigjør et positron; 3) To helium-3-kjerner fusjonerer for å danne helium-4, og frigjør to protoner. Energi frigjøres i hvert trinn.
Nøytrinoer og positroner er biprodukter av kjernefysikkprosessen. Deres utgivelse hjelper med å bevare energi, ladning og andre størrelser i reaksjonene, og de gir bevis på at fusjon skjer inne i stjerner.
Fusjon i stjerner skaper grunnstoffer opp til jern (Fe) ved å kombinere lettere kjerner. I motsetning til dette, gjør nøytrongjennomtrengingsreaksjoner i supernovaer at tyngre grunnstoffer enn jern dannes, ved hjelp av en neutronstorm når massive stjerner eksploderer.