Меню
Главная
Случайная статья
Настройки
|
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.
Содержание
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[1] и независимо от него Карлом Вайцзеккером[2].
Основной путь реакции CN-цикла[3] (дополнительно указано характерное время протекания реакций)[4]:
| 12C + p |
|
13N +
|
+1,94 МэВ |
~1,3107 лет |
|
| 13N |
|
13C + e+ + e
|
+2,22 МэВ |
~7 минут
|
(либо +1,20 МэВ без учёта аннигиляции e+; T для 13N = 9,96 мин[5])
|
| 13C + p |
|
14N +
|
+7,55 МэВ |
~2,7106 лет |
|
| 14N + p |
|
15O +
|
+7,30 МэВ |
~3,2108 лет |
|
| 15O |
|
15N + e+ + e
|
+2,75 МэВ |
~82 секунды
|
(либо +1,73 МэВ без учёта аннигиляции e+; T для 15O = 122,24 с[5])
|
| 15N + p |
|
12C + 4He
|
+4,96 МэВ |
~1,1105 лет |
|
Суть этого цикла состоит в непрямом синтезе -частицы из четырёх протонов при их последовательных захватах ядрами, начиная с 12C.
Процессы кислородного сгорания
В реакции с захватом протона ядром 15N возможен ещё один исход (с вероятностью примерно 1/1000): образование ядра 16О и рождение нового цикла, называемого NO I-циклом.
Он имеет в точности ту же структуру, что и CN-цикл:
| 14N + 1H |
|
15O +
|
+7,29 МэВ |
(3,2108 лет[4])
|
| 15O |
|
15N + e+ + e
|
+2,76 МэВ |
(82 секунды)
|
| 15N + 1H |
|
16O +
|
+12.13 МэВ
|
| 16O + 1H |
|
17F +
|
+0,60 МэВ
|
| 17F |
|
17O + e+ + e
|
+2,76 МэВ
|
| 17O + 1H |
|
14N + 4He
|
+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:
| 15N + 1H |
|
16O +
|
+12.13 МэВ
|
| 16O + 1H |
|
17F +
|
+0,60 МэВ
|
| 17F |
|
17O + e+ + e
|
+2,76 МэВ
|
| 17O + 1H |
|
18F +
|
+5,61 МэВ
|
| 18F |
|
18O + e+ + e
|
+ 1.656 МэВ
|
| 18O + 1H |
|
15N + 4He
|
+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 17O + 1H 18F + на три порядка ниже, чем 17O + 1H 14N + 4He)[6]. Однако этот цикл важен для объяснения происхождения 19F.
| 17O + 1H |
|
18F +
|
+ 5.61 МэВ
|
| 18F |
|
18O + e+ + e
|
+ 1.656 МэВ
|
| 18O + 1H |
|
19F +
|
+ 7.994 МэВ
|
| 19F + 1H |
|
16O + 4He
|
+ 8.114 МэВ
|
| 16O + 1H |
|
17F +
|
+ 0.60 МэВ
|
| 17F |
|
17O + e+ + 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
- H. A. Bethe: Energy Production in Stars. Physical Review 55 (1939) 434—456, doi:10.1103/PhysRev.55.434.
- C. F. von Weizscker: ber Elementumwandlungen im Innern der Sterne. Physikalische Zeitschrift 38 (1937) 176—191 und 39 (1938) 633—646.
- An Introduction to Nuclear Astrophysics, By Richard N. Boyd, University of Chicago Press, Jun 1, 2008, ISBN 978-0-226-06971-5; page 211
- 1 2 Статья УГЛЕРОДНЫЙ ЦИКЛ, Физический энциклопедический словарь. — М.: Советская энциклопедия. Главный редактор А. М. Прохоров. 1983.
- 1 2 Principles and Perspectives in Cosmochemistry, Springer, 2010, ISBN 978-3-642-10368-1, page 233
- Астронет > Углеродный цикл (неопр.). Дата обращения: 9 января 2013. Архивировано 6 марта 2012 года.
Литература
Ссылки
|
|