Астронет > Водородный цикл

Астронет: "Физика Космоса", 1986 Водородный цикл
http://www.variable-stars.ru/db/msg/1190731

Водородный цикл

ВОДОРОДНЫЙ ЦИКЛ (протон - протонная цепочка) - последовательность термоядерных реакций в звёздах, приводящая к превращению водорода в гелий без участия катализаторов. В. ц.- осн. источник энергии не очень массивных звёзд $$(\mathfrak M < 1,2 \mathfrak M_\odot$)$ на начальных стадиях их существования (см. Эволюция звёзд). Наиболее важные реакции В. ц.:

$^{1}H + ^{1}H \to ^{2}D + e^{+} + \nu$
$^{2}D + ^{1}H \to ^{3}He + \gamma$
$\mathrm{I}:\quad ^{3}He + ^{3}He \to ^{4}He + 2\,^{1}H$

или

$^{3}He + ^{4}He \to ^{7}Be +\gamma$
$^{7}Be + e^{-} \to ^{7}Li + \nu \quad или \quad ^{7}Be + ^{1}H \to ^{8}B + \gamma$
$\mathrm{II}:\quad ^{7}Li + ^{1}H \to 2\,^{4}He$		$^{8}B \to ^{8}Be^* + e^{+} + \nu$
		$\mathrm{III}:\quad ^{8}Be^* \to 2\,^{4}He$

В. ц. начинается реакцией столкновения двух протонов (¹H, или р) с образованием ядра дейтерия (²D). Дейтерий реагирует с протоном, образуя лёгкий изотоп гелия ³Не с испусканием гамма-фотона (g). ³Не может реагировать двумя различными путями: два ядра ³Не при столкновении образуют ⁴Не с отщеплением двух протонов либо ³Не соединяется с ⁴Не и даёт ⁷Ве. Последний в свою очередь захватывает либо электрон (е^-), либо протон и возникает ещё одно разветвление протон - протонной цепочки реакций. В результате В. ц. может заканчиваться тремя различными путями I, II и III. Для реализации ветви I первые две реакции В. ц. должны осуществиться дважды, поскольку в этом случае исчезают сразу два ядра ³Не. В ветви III испускаются особенно энергичные нейтрино при распаде ядра бора ⁸В с образованием неустойчивого ядра бериллия в возбуждённом состоянии (⁸Ве*), к-рое почти мгновенно распадается на два ядра ⁴Не.

В табл. приведены осн. параметры реакций В. ц.: Q - полное энерговыделение-, t - характерное время протекания реакций, энергия испускаемых нейтрино e_v и её среднее $\bar \epsilon_{\nu}$ и макс. e_v,макс значения в случае, когда нейтрино испускаются в интервале энергий 0 < e_v < e_v,макс, а также концентрации по массе (X) участвующих в В. ц. промежуточных атомных ядер. Величины t и X рассчитаны для физ. условий, близких к ожидаемым в центре Солнца: при темп-ре 1,5^.10⁷К, плотности 100 г/см³ и равных концентрациях водорода и гелия по массе Х_H = Х_Не = 0,5. Скорости промежуточных реакций очень велики по сравнению со скоростью первой реакции В. ц. Поэтому ²D, ³He, ⁷Be, ⁷Li и ⁸В не накапливаются в сколько-нибудь заметных количествах. Примерно в 70% всех случаев В. ц. заканчивается ветвью I, в 30% - ветвью II, а на долю ветви III приходится менее 0,1% случаев. В последней строке табл. приведён итог В. ц.: каждая ветвь заканчивается образованием ядра ⁴Нe из четырёх протонов с испусканием двух нейтрино. При этом выделяется энергия 26,73 МэВ, из к-рой в среднем ок. 0,6 МэВ уносят нейтрино.

Реакция	Q, Мэв	t, лет	e_v, Мэв; X
¹H(p, e⁺ v)²D	1,44	8,2^.10⁹	$\bar \epsilon_{\nu}$ = 0,26; e_v,макс= 0,42
²D(p, g)³He	5,49	4,4^.10^-8	X(²D) = 2,7^.10^-18
³He(³He, 2p) ⁴He	12,86	2,4^.10⁵	X(³He) = 1,6^.10^-5
³He(⁴He, g)⁷Be	1,59	9,5^.10⁵	X(⁷Be) = 1,2^.10^-11
⁷Be(e^-, g)⁷Li	0,862	0,30	e_v = 0,862(90%), 0,383(10%); $\bar \epsilon_{\nu} = 0,81$
⁷Li(p, ⁴He) ⁴He	17,348	3,8^.10^-5	X(⁷Li) = 1,5^.10^-15
⁷Be(p, g) ⁸B	0,137	1,0^.10²	X(⁸B) = 4^.10^-21
⁸B(e⁺ v)Be*	15,08	3,0^.10^-8	$\bar \epsilon_{\nu} = 7,3$ ; e_v,макс= 14,06
$^{8}Be^{*} \to 2^{4}He$	2,99		$\bar \epsilon_{\nu} = 0,6$
$4^{1}H \to ^{4}He + 2\nu$	26,73

"Физика Космоса", 1986
Глоссарий Astronet.ru