Interested Article - CNO-цикл

breeze
  • 2020-10-05
  • 2

Ядерные процессы
Радиоактивный распад
Нуклеосинтез

CNO-цикл — термоядерная реакция превращения водорода в гелий , в которой углерод , кислород и азот выступают как катализаторы . Считается одним из основных процессов термоядерного синтеза в массивных звёздах главной последовательности .

Процесс углеродного сгорания

CNO-цикл — это совокупность трёх сцепленных друг с другом или, точнее, частично перекрывающихся циклов. Самый простой из них — CN-цикл (цикл Бете, или углеродный цикл) — был предложен в 1938 году Хансом Бете и независимо от него Карлом Вайцзеккером .

Основной путь реакции CN-цикла (дополнительно указано характерное время протекания реакций) :

12 C + p → 13 N + γ +1,94 М эВ ~1,3⋅10 7 лет
13 N → 13 C + e + + ν e +2,22 МэВ ~7 минут (либо +1,20 МэВ без учёта аннигиляции e + ; T ½ для 13 N = 9,96 мин )
13 C + p → 14 N + γ +7,55 МэВ ~2,7⋅10 6 лет
14 N + p → 15 O + γ +7,30 МэВ ~3,2⋅10 8 лет
15 O → 15 N + e + + ν e +2,75 МэВ ~82 секунды (либо +1,73 МэВ без учёта аннигиляции e + ; T ½ для 15 O = 122,24 с )
15 N + p → 12 C + 4 He +4,96 МэВ ~1,1⋅10 5 лет

Суть этого цикла состоит в непрямом синтезе α-частицы из четырёх протонов при их последовательных захватах ядрами, начиная с 12 C.

Процессы кислородного сгорания

В реакции с захватом протона ядром 15 N возможен ещё один исход (с вероятностью примерно 1/1000): образование ядра 16 О и рождение нового цикла, называемого NO I-циклом .

Он имеет в точности ту же структуру, что и CN-цикл:

14 N + 1 H → 15 O + γ +7,29 М эВ (3,2⋅10 8 лет )
15 O → 15 N + e + + ν e +2,76 МэВ (82 секунды)
15 N + 1 H → 16 O + γ +12.13 МэВ
16 O + 1 H → 17 F + γ +0,60 МэВ
17 F → 17 O + e + + ν e +2,76 МэВ
17 O + 1 H → 14 N + 4 He +1,19 МэВ

NO I-цикл повышает темп энерговыделения в CN-цикле, увеличивая число ядер-катализаторов CN-цикла.

Последняя реакция этого цикла также имеет два варианта протекания, один из которых даёт начало ещё одному циклу — NO II-циклу :

15 N + 1 H → 16 O + γ +12.13 МэВ
16 O + 1 H → 17 F + γ +0,60 МэВ
17 F → 17 O + e + + ν e +2,76 МэВ
17 O + 1 H → 18 F + γ +5,61 МэВ
18 F → 18 O + e + + ν e + 1.656 МэВ
18 O + 1 H → 15 N + 4 He +3, 98 МэВ

Таким образом, циклы CN , NO I и NO II образуют тройной CNO- цикл .

Имеется ещё один очень медленный четвёртый цикл, т. н. OF-цикл , но его роль в выработке энергии ничтожно мала — на один такой цикл приходится примерно по тысяче циклов NO I и NO II и более миллиона циклов CN (это объясняется тем, что сечение реакции 17 O + 1 H → 18 F + γ на три порядка ниже, чем 17 O + 1 H → 14 N + 4 He) . Однако этот цикл важен для объяснения происхождения 19 F.

17 O + 1 H → 18 F + γ + 5.61 МэВ
18 F → 18 O + e + + ν e + 1.656 МэВ
18 O + 1 H → 19 F + γ + 7.994 МэВ
19 F + 1 H → 16 O + 4 He + 8.114 МэВ
16 O + 1 H → 17 F + γ + 0.60 МэВ
17 F → 17 O + e + + ν e + 2.76 МэВ

При взрывном горении водорода в поверхностных слоях звёзд, например, при вспышках сверхновых , могут развиваться очень высокие температуры, и характер CNO-цикла резко меняется. Он превращается в так называемый горячий CNO- цикл , в котором реакции идут очень быстро и запутанно.

См. также

Примечания

  1. H. A. Bethe: Energy Production in Stars. Physical Review 55 (1939) 434—456, .
  2. C. F. von Weizsäcker: Über Elementumwandlungen im Innern der Sterne. Physikalische Zeitschrift 38 (1937) 176—191 und 39 (1938) 633—646.
  3. , By Richard N. Boyd, University of Chicago Press, Jun 1, 2008, ISBN 978-0-226-06971-5 ; page 211
  4. ↑ Статья УГЛЕРОДНЫЙ ЦИКЛ, Физический энциклопедический словарь. — М.: Советская энциклопедия. Главный редактор А. М. Прохоров. 1983.
  5. ↑ , Springer, 2010, ISBN 978-3-642-10368-1 , page 233
  6. . Дата обращения: 9 января 2013. 6 марта 2012 года.

Литература

Ссылки

  • Bethe, H. A. (1939). . Physical Review . 55 (5): 434—56. Bibcode : . doi : .
  • Iben, I. (1967). . . 5 : 571—626. Bibcode : . doi : .
Источник —

breeze
  • 2020-10-05
  • 2
  • Tags:

Same as CNO-цикл

The title for the last searches