CNO-цикл
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 + γ | +1,94 МэВ | ~1,3·107 лет | |
| 13N | → | 13C + e+ + νe | +2,22 МэВ | ~7 минут | (либо +1.20 МэВ без учёта аннигиляции e+; T½ для 13N = 9,96 минуты[5]) |
| 13C + p | → | 14N + γ | +7,55 МэВ | ~2,7·106 лет | |
| 14N + p | → | 15O + γ | +7,30 МэВ | ~3,2·108 лет | |
| 15O | → | 15N + e+ + νe | +2,75 МэВ | ~82 сек | (либо +1.73 МэВ без учёта аннигиляции e+; T½ для 15O = 122.24 секунды[5]) |
| 15N + p | → | 12C + 4He | +4,96 МэВ | ~1,1·105 лет |
Суть этого цикла состоит в непрямом синтезе α-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: 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 + γ | +7,29 МэВ | (3,2·108 лет[4]) |
| 15O | → | 15N + e+ + νe | +2,76 МэВ | (82 секунды) |
| 15N + 1H | → | 16O + γ | +12.13 МэВ | |
| 16O + 1H | → | 17F + γ | +0,60 МэВ | |
| 17F | → | 17O + e+ + νe | +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 + γ | +12.13 МэВ |
| 16O + 1H | → | 17F + γ | +0,60 МэВ |
| 17F | → | 17O + e+ + νe | +2,76 МэВ |
| 17O + 1H | → | 18F + γ | +5,61 МэВ |
| 18F | → | 18O + e+ + νe | + 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. Однако этот цикл важен для объяснения происхождения 19F.
| 17O + 1H | → | 18F + γ | + 5.61 МэВ |
| 18F | → | 18O + e+ + νe | + 1.656 МэВ |
| 18O + 1H | → | 19F + γ | + 7.994 МэВ |
| 19F + 1H | → | 16O + 4He | + 8.114 МэВ |
| 16O + 1H | → | 17F + γ | + 0.60 МэВ |
| 17F | → | 17O + e+ + νe | + 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 Weizsäcker: Über Elementumwandlungen im Innern der Sterne. Physikalische Zeitschrift 38 (1937) 176–191 und 39 (1938) 633–646.
- ↑ [books.google.ru/books?id=uoIyc538X9kC&pg=PA211&dq=CN-cycle An Introduction to Nuclear Astrophysics], By Richard N. Boyd, University of Chicago Press, Jun 1, 2008, ISBN 9780226069715; page 211
- ↑ 1 2 Статья УГЛЕРОДНЫЙ ЦИКЛ, Физический энциклопедический словарь. — М.: Советская энциклопедия. Главный редактор А. М. Прохоров. 1983. [dic.academic.ru/dic.nsf/enc_physics/736/УГЛЕРОДНЫЙ]
- ↑ 1 2 [books.google.ru/books?id=gCr9WVH0utwC&pg=PA233 Principles and Perspectives in Cosmochemistry], Springer, 2010, ISBN 9783642103681, page 233
Ссылки
- [www.astronet.ru/db/msg/1188751 Углеродный цикл] // Д. К. Надежин, "Физика Космоса", 1986 (Астронет)
|
Это заготовка статьи по физике. Вы можете помочь проекту, дополнив её. |
