Bearbeitet, um der Frage zu widersprechen

Ich schätze, ich spreche kein Zwerg, also habe ich die Tatsache nicht aufgegriffen, dass Sie gesagt haben, dass Sie die Sonne nicht so heiß haben können, oder die Spaltung wird zu schnell gehen. Tatsächlich ist das ... rückwärts!

Nehmen wir an, Sie haben eine feste Masse Uran. Dieses Uran besteht aus zwei Komponenten, U-235 und U-238. U-235 ist spaltbar, U-238 nicht. Wenn Sie also nicht so etwas wie ~ 5% U-235 (das als angereichertes Uran bezeichnet wird) haben, werden Sie niemals eine Spaltungskettenreaktion auslösen. Nun ... es gibt Ausnahmen, aber wir werden uns darum kümmern.

Nehmen wir auf jeden Fall an, dass Sie eine Kugel mit angereichertem Uran haben, die weit über der kritischen Masse liegt und Mondgröße hat und so. Es ist also überkritisch und beginnt, Energie zu produzieren. Was hält es auf? Lassen Sie uns zunächst klarstellen, dass die aus einer Spaltreaktion ausgestoßenen Teilchen mehr als genug kinetische Energie haben, um dem Sonnensystem zu entkommen. Wenn Sie also eine nahezu vollständige Kettenreaktion haben, wird Ihr mondgroßer Uranblock innerhalb von Stunden in eine sich ausdehnende Plasmakugel verwandelt. Ihre Reaktion muss also irgendwie kontrolliert werden, damit sie nicht als Kettenreaktion abläuft.

Zweitens unterliegt U-235 keiner Spaltung durch "schnelle" Neutronen. Die von einer Spaltungsreaktion ausgespuckten Neutronen haben eine Energie von einigen MeV; Wenn sie ein U-235 mit dieser Energie treffen, werden sie einfach abprallen, es wird keine Spaltung geben. Sie müssen langsam genug sein, um mit dem U-235-Kern zu reagieren; Sie müssen einige Größenordnungen an Energie nach unten „thermalisieren“. Dies würde schließlich die Kettenreaktion stoppen; Wenn das Material auseinander gesprengt wird, gibt es nichts, was die austretenden Neutronen thermalisieren könnte, und die Kettenreaktion stoppt.

Um diese Energie zu verlieren, müssen Neutronen wie ein Flipper von anderen Uranatomen abprallen (da es in einem mondgroßen Uranblock nichts anderes gibt, mit dem sie reagieren könnten). Jetzt hat U-238 einen Resonanzabsorptionsbereich, in dem bei bestimmten spezifischen Energien ein Neutron, das getroffen wird, eingefangen wird. Um von MeV auf keV zu wechseln, sind viele „Abpraller“ eines Neutrons erforderlich, sodass es bei jedem Aufprall die Chance hat, von U-238 absorbiert zu werden, wenn seine Energie genau richtig ist.

Es gibt einen Effekt namens Doppler-Verbreiterung bei hohen Temperaturen, bei dem die Breite des Emissions- und Absorptionsspektrums eines Atoms zunimmt, wenn das Atom eine hohe kinetische Energie hat. Wenn also die Temperatur von U-238 zunimmt, erhöht sich seine Fähigkeit, Neutronen zu absorbieren. In der Praxis bedeutet das: Wenn Ihre Reaktion von vornherein langsam genug ist, um keine Bombe zu sein, wird sie bald abgeschaltet, wenn die Temperatur steigt.

Sie stellen Ihr Problem also genau rückwärts; Wenn deine Temperatur hoch genug wird, hast du nicht einmal mehr einen Stern, nur noch einen warmen Stein.

Schlussfolgerung zum Widerspruch

Ihr beschriebener Mechanismus zur Herstellung des "Spaltsterns" funktioniert nicht so wie er ist; und Ihre Aussage, dass es bei erhöhter Temperatur zu schnell brennt, funktioniert auch nicht. Daher beantworte ich die Frage von der Annahme, dass es irgendwie funktioniert. Wenn es irgendwie funktioniert, dann ist dies der beste Weg, um eine sonnenähnliche Absorption zu erreichen.

Letzte Anmerkung: Ich denke, es gibt eine Möglichkeit, einen selbst moderierenden Uranblock herzustellen, aber auf diese Weise wird es zu einem U-238-Schnellspaltungsbrüter, bei dem die Temperaturregulierung durch die Einstellung der Rate erfolgt, mit der U-238 ist zu spaltbarem Pu-239 gezüchtet. Aber das ist ein Thema für eine andere Frage.

Zurück zur Erzeugung von Spektren ...

Ja

Keine Notwendigkeit, sich mit speziellen Elementen zu beschäftigen, das Emissionsspektrum eines heißen Objekts basiert hauptsächlich auf seiner Temperatur. Hier ist das Emissionsband der Sonne.

Die schwarze Linie ist die 5250 C- Schwarzkörperstrahlungskurve . Dies ist das Spektrum, das alles mit dieser Temperatur aussendet.

Möglicherweise machen Sie sich Sorgen über die spektralen Emissions-/Absorptionslinien für verschiedene Elemente und wie sich diese auf das Licht auswirken würden. Nun, Wasserstoff hat Absorptionslinien bei 410, 434, 486 und 656 nm. Diese Einbrüche sind in der Grafik kaum sichtbar. Sicher, es gibt eine leichte Reduzierung bei diesen spezifischen Frequenzen, aber nicht genug, um einen großen Unterschied zu machen.

Uran hat überall Absorptionslinien, aber da die Absorption von Wasserstoff keine große Rolle spielte, spielt die von Uran auch keine Rolle.

Fazit

Alles, was Sie tun müssen, ist, die Temperatur auf das entsprechende Niveau zu regulieren, und Sie haben eine sonnenähnliche Lichtquelle. Nun, wie Sie Ihren Fusionsstern dazu bringen, auf der richtigen Temperatur zu bleiben, ist nicht trivial, aber das klingt nach einer großartigen Folgefrage.

Option 1: Kontinuierliches Spektrum

Ihre erste Wahl wäre, das Schwarzkörperspektrum des Sterns nachzubilden. Für einen schwarzen Körper bei einer Temperatur$T$, die Intensität$J(\nu)$ist

Wenn Sie also ein Schwarzkörperspektrum duplizieren möchten, müssen Sie die Temperatur des Objekts neu erstellen. Um das Spektrum der Sonne nachzuahmen, müsste Ihr Objekt eine Oberflächentemperatur von etwa 5800 K haben. Sie haben jedoch bereits gesagt, dass Sie das nicht haben können. Daher ist diese Option vom Tisch.

Option 2: Diskretes Spektrum mit Linienverbreiterung

Ihre zweite Möglichkeit – die von Ihnen vorgeschlagene – wäre, ein Bündel von Atomen in unterschiedlichen angeregten Zuständen zu nehmen und Emissionslinien zu erzeugen . Dank verschiedener Wechselwirkungen und Kollisionen wird ein Spektrum normalerweise im Wesentlichen kontinuierlich . Das Ergebnis ist ein kontinuierlich erscheinendes Spektrum.

Eine andere Möglichkeit, wie ein diskretes Spektrum kontinuierlicher werden kann, ist die Linienverbreiterung . Dies kann durch eine Reihe von Mechanismen geschehen.

1. Natürliche Verbreiterung. Die Heisenbergsche Unschärferelation bedeutet, dass die „Lebensdauer“ eines Energiezustands ungewiss ist – die Zeit, die ein Elektron in diesem Zustand verbringt. Die Energie-Zeit-Version der Unschärferelation ist

   $$\Delta t\Delta E>\hbar/2$$ Das bedeutet, dass eine kleinere zeitliche Ungewissheit eine größere energetische Ungewissheit impliziert. Dies führt zu einem breiteren Bereich von Emissionsfrequenzen – ein Effekt, der als natürliche Verbreiterung bezeichnet wird.

   Leider ist die natürliche Verbreiterung nicht effektiv. Zum Beispiel die natürliche Verbreiterung des Lyman$\alpha$Wasserstoffleitung ist

   $$\frac{\Delta\lambda}{\lambda}\sim2\times10^{-8}$$ Mit anderen Worten, es wird nur um ein Zehntel eines Milliardstels seiner ursprünglichen Wellenlänge verschmiert.

2. Doppler-Verbreiterung. Elektronen und Atome bewegen sich, weil sie Temperaturen ungleich Null und damit kinetische Energie ungleich Null haben. Daher unterliegen die von ihnen emittierten Photonen der Doppler-Verschiebung . Es stellt sich heraus, dass die Doppler-Verbreiterung viel effektiver ist als die natürliche Verbreiterung; wir bekommen $$\frac{\Delta\lambda}{\lambda}\approx3\times10^{-7}\left(\frac{T}{1\text{ K}}\right)$$ für ein Wasserstoffatom der Temperatur$T$. Bei 1000 K sehen wir beispielsweise eine Verbreiterung von$\sim10^{-5}$. Das ist natürlich auch enttäuschend klein. Bei sichtbaren Wellenlängen würden Sie eine Verbreiterung von vielleicht einem Tausendstel Nanometer oder so sehen.

Andere Arten der Verbreiterung – Druckverbreiterung durch Kollisionen oder Zeeman-Verbreiterung durch Magnetfelder – liefern ähnlich dürftige Ergebnisse. Daher glaube ich nicht, dass Sie durch Hinzufügen einiger diskreter Komponenten leicht ein kontinuierliches Spektrum erhalten können.

Fazit

Keine dieser Optionen ist besonders attraktiv. Kurz gesagt, es scheint nicht machbar, das Spektrum eines Sterns nachzubilden, ohne die Temperatur hoch genug zu erhöhen, um Temperaturen ähnlich der Sonnenoberfläche zu erreichen.