Năng lượng Mặt Trời – phản ứng nhiệt hạch, cân bằng thuỷ tĩnh và công suất bức xạ

Liên hệ chủ đề Vật lí hạt nhân của Vật lí 12 (Chương trình GDPT 2018): phản ứng nhiệt hạch và hệ thức Einstein E = mc² giải thích nguồn năng lượng của Mặt Trời. Mô phỏng theo từng bước chuỗi proton–proton (4 ¹H → ⁴He) và chu trình CNO, tính độ hụt khối từ khối lượng nguyên tử (Δm = 0,0287 u, 26,73 MeV) và khối lượng Mặt Trời mất mỗi giây Δm/t = L/c² ≈ 4,3 × 10⁹ kg/s với L☉ = 3,828 × 10²⁶ W. Phần cấu trúc so áp suất khí p = ρkT/(μmᵤ) và áp suất bức xạ aT⁴/3 với áp suất cần để đỡ các lớp trên (cân bằng thuỷ tĩnh), kèm đỉnh Gamow cho thấy vì sao proton cần xuyên hầm lượng tử qua rào thế Coulomb. Ở màn hình Phản ứng trong lõi, chọn chuỗi proton–proton hoặc chu trình CNO, bấm Chạy hoặc Bước tiếp để xem các hạt proton, neutron, positron, neutrino, photon gamma tham gia mỗi phản ứng và thanh năng lượng cộng dần tới 26,73 MeV. Ở màn hình Bên trong Mặt Trời, kéo nhiệt độ và khối lượng riêng của lõi để xem áp suất thắng hay thua trọng lực, tốc độ chuỗi pp và chu trình CNO thay đổi theo nhiệt độ ra sao. Ở màn hình Năng lượng phát ra, kéo tuổi Mặt Trời để xem phổ tử ngoại – nhìn thấy – hồng ngoại, đường đi trên biểu đồ H–R tới sao khổng lồ đỏ và sao lùn trắng, cùng ước lượng thời gian sống khoảng 10 tỉ năm. Câu hỏi gợi ý: – Mỗi giây Mặt Trời mất khoảng bao nhiêu kilôgam khối lượng, và vì sao khối lượng ấy không "biến mất" mà thành năng lượng? – Vì sao hai proton vẫn hợp nhất được dù động năng trung bình nhỏ hơn rào thế Coulomb hàng trăm lần? – Nếu lõi Mặt Trời co lại một chút, nhiệt độ, tốc độ phản ứng và áp suất thay đổi thế nào để đưa nó về cân bằng?