Editado para oponerse a la pregunta.

Supongo que no hablo enano, así que no entendí el hecho de que dijiste que no puedes tener el sol tan caliente o la fisión irá demasiado rápido. De hecho, eso es... ¡al revés!

Digamos que tienes una masa sólida de uranio. Este Uranio tiene dos componentes, U-235 y U-238. El U-235 es fisionable, el U-238 no lo es. Entonces, a menos que tenga algo como ~ 5% U-235 (que se llama uranio enriquecido), nunca comenzará una reacción en cadena de fisión. Bueno... hay excepciones, pero las abordaremos.

En cualquier caso, digamos que tienes una bola de uranio enriquecido que está muy por encima de la masa crítica, siendo del tamaño de una luna y todo. Entonces es supercrítico y comienza a producir energía. ¿Qué lo detiene? En primer lugar, aclaremos que las partículas expulsadas de una reacción de fisión tienen energía cinética más que suficiente para escapar del sistema solar. Entonces, si tiene una reacción en cadena casi completa, su bloque de uranio del tamaño de una luna se convertirá en una bola de plasma en expansión en cuestión de horas. Entonces, su reacción debe controlarse de alguna manera para que no proceda como una reacción en cadena.

En segundo lugar, el U-235 no se fisiona a partir de neutrones 'rápidos'. Los neutrones escupidos de una reacción de fisión tendrán algunos MeV de energía; si golpea un U-235 con esa energía, simplemente rebotará, no habrá fisión. Tienen que ir lo suficientemente lento para reaccionar con el núcleo U-235; necesitan 'termalizarse' con unos pocos órdenes de magnitud de energía. Esto es lo que eventualmente detendría la reacción en cadena; a medida que el material se desintegra, no hay nada que termalice los neutrones que escapan y la reacción en cadena se detendrá.

Para perder esta energía, los neutrones tienen que rebotar como una bola de pinball en otros átomos de uranio (ya que no hay nada más con lo que reaccionar en un bloque de uranio del tamaño de una luna). Ahora, el U-238 tiene una región de absorción de resonancia, donde a ciertas energías específicas, un neutrón que golpea es capturado. Pasar de MeV a keV requerirá muchos 'rebotes' de un neutrón, por lo que tiene la posibilidad de ser absorbido por el U-238 en cada rebote, si su energía es la correcta.

Hay un efecto llamado ensanchamiento doppler a altas temperaturas, donde la amplitud del espectro de emisión y absorción de un átomo aumentará cuando el átomo tenga una energía cinética alta. Entonces, a medida que el U-238 aumenta la temperatura, aumentará su capacidad para absorber neutrones. Lo que esto significa en la práctica es que si su reacción es lo suficientemente lenta en primer lugar para no ser una bomba, pronto se apagará a medida que aumente la temperatura.

Así que pones tu problema exactamente al revés; si tu temperatura sube lo suficiente, ni siquiera tendrás más una estrella, solo una roca caliente.

Conclusión a la objeción

Su mecanismo descrito para hacer la 'estrella de fisión' no funciona como está; y su afirmación de que el aumento de la temperatura hará que se queme demasiado rápido tampoco funciona. Por lo tanto, respondo la pregunta asumiendo que funciona, de alguna manera. Si funciona, de alguna manera, entonces esta es la mejor manera de obtener una absorción similar a la del sol.

Última nota, creo que hay una manera de hacer un bloque de uranio automoderador, pero esa manera es convertirlo en un reactor reproductor de fisión rápida U-238, donde la regulación de la temperatura proviene de establecer la velocidad a la que el U-238 es criado en fisionable Pu-239. Pero eso es tema para otra pregunta.

Volviendo a la generación de espectros...

Sí

No es necesario preocuparse por los elementos especiales, el espectro de emisión de un objeto caliente se basa principalmente en su temperatura. Aquí está la banda de emisión del sol.

La línea negra es la curva de radiación de cuerpo negro de 5250 C. Este es el espectro que emitirá cualquier cosa a esa temperatura.

Es posible que le preocupen las líneas espectrales de emisión/absorción de varios elementos y cómo afectaría eso a la luz. Bueno, el hidrógeno tiene líneas de absorción a 410, 434, 486 y 656 nm. Esas caídas son apenas visibles en el gráfico. Claro que hay una ligera reducción en esas frecuencias específicas, pero no lo suficiente como para marcar una gran diferencia.

El uranio tiene líneas de absorción por todas partes, pero como la absorción del hidrógeno no importaba mucho, la del uranio tampoco.

Conclusión

Todo lo que tiene que hacer es regular la temperatura al nivel adecuado y tendrá una fuente de luz similar al sol. Ahora, cómo logrará que su estrella de fusión se mantenga a la temperatura correcta no es trivial, pero suena como una gran pregunta de seguimiento.

Opción 1: espectro continuo

Su primera opción sería recrear el espectro del cuerpo negro de la estrella. Para un cuerpo negro a una temperatura$T$, la intensidad$J(\nu)$es

Esto significa que si desea duplicar un espectro de cuerpo negro, debe recrear la temperatura del objeto. Para imitar el espectro del Sol, su objeto tendría que tener una temperatura superficial de aproximadamente 5800 K. Sin embargo, ya ha dicho que no puede tener eso. Por lo tanto, esta opción está fuera de la mesa.

Opción 2: espectro discreto con ampliación de línea

Su segunda opción, la que propuso, sería tomar un grupo de átomos en diferentes estados excitados y producir líneas de emisión . Ahora, gracias a diversas interacciones y colisiones, normalmente un espectro se vuelve esencialmente continuo . El resultado es un espectro que parece continuo.

Otra forma en que un espectro discreto puede volverse más continuo es a través de la ampliación de la línea . Esto puede suceder a través de una serie de mecanismos.

1. Ensanchamiento natural. El principio de incertidumbre de Heisenberg significa que existe incertidumbre en la "vida útil" de un estado de energía: la cantidad de tiempo que un electrón pasará en ese estado. La versión energía-tiempo del principio de incertidumbre es

   $$\Delta t\Delta E>\hbar/2$$ lo que significa que una menor incertidumbre en el tiempo implica una mayor incertidumbre en la energía. Esto conduce a una gama más amplia de frecuencias de emisión, un efecto llamado ampliación natural.

   Desafortunadamente, el ensanchamiento natural no es efectivo. Por ejemplo, el ensanchamiento natural del Lyman$\alpha$la línea de hidrógeno es

   $$\frac{\Delta\lambda}{\lambda}\sim2\times10^{-8}$$ En otras palabras, está difuminado por solo una décima parte de una billonésima parte de su longitud de onda original.

2. Ensanchamiento Doppler. Los electrones y los átomos se mueven porque tienen temperaturas distintas de cero y, por lo tanto, energía cinética distinta de cero. Por lo tanto, los fotones que emiten están sujetos al desplazamiento Doppler . Resulta que el ensanchamiento Doppler es mucho más efectivo que el ensanchamiento natural; obtenemos $$\frac{\Delta\lambda}{\lambda}\approx3\times10^{-7}\left(\frac{T}{1\text{ K}}\right)$$ para un átomo de hidrógeno de temperatura$T$. A 1000 K, por ejemplo, vemos una ampliación de$\sim10^{-5}$. Esto es, por supuesto, también decepcionantemente pequeño. En longitudes de onda visibles, vería un ensanchamiento de quizás una milésima parte de un nanómetro más o menos.

Otros tipos de ensanchamiento - ensanchamiento de presión a través de colisiones, o ensanchamiento de Zeeman a través de campos magnéticos - dan resultados igualmente insignificantes. Por lo tanto, no creo que pueda obtener fácilmente un espectro continuo al agregar algunos componentes discretos.

Conclusión

Ninguna de estas opciones es particularmente atractiva. En resumen, no parece factible recrear el espectro de una estrella sin elevar la temperatura lo suficiente como para alcanzar temperaturas similares a la superficie del Sol.