Κύκλος Πρωτονίου-Πρωτονίου

Από astronomia.gr
Μετάβαση σε:πλοήγηση, αναζήτηση

Η αλυσίδα πρωτονίου πρωτονίου είναι ένας από τους δύο τρόπους όπου τα αστέρια μετατρέπουν το υδρογόνο σε ήλιο. Ο δεύτερος τρόπος είναι ο κύκλος CNO. Η αλυσίδα πρωτονίου-πρωτονίου κυριαρχεί σε αστέρια σαν τον ήλιο ή μικρότερα.

Η συγκεκριμένη πυρηνική αντίδραση απαιτεί υψηλή θερμοκρασία και συνεπώς υψηλή κινητική ενέργεια ώστε να ξεπεραστεί η αμοιβαία άπωση των θετικών φορτίων.

Η αντίδραση p-p

Το πρώτο βήμα είναι η σύντηξη δύο πυρήνων υδρογόνου:

1H σε δευτέριο 2H, απελευθερώνοντας ένα ποζιτρόνιο καθώς το πρωτόνιο διασπάται σε ένα νετρόνιο και ένα νετρίνο.

1H + 1H → 2H + e+ + νe

συμπεριλαμβανομένων και των νετρίνων η ενέργεια που ελευθερώνεται σε αυτό το βήμα φτάνει τα 0.42 MeV.

Το πρώτο βήμα είναι εξαιρετικά αργό διότι εξαρτάται από την ασθενή αλληλεπίδραση.

Το ποζιτρόνιο εξαϋλώνεται άμεσα με ένα ηλεκτρόνιο και η ενέργεια μετατρέπεται σε δύο ακτίνες γ.

e+ + e → 2γ + 1.02 MeV

Στη συνέχεια το δευτέριο μπορεί να συντηχθεί με ένα άλλο πρωτόνιο και να παράγει το ισότοπο του ηλίου 3He:

2H + 1H → 3He + γ + 5.49 MeV

Από αυτό το στάδιο υπάρχουν τρεις δυνατοί κλάδοι που καταλήγουν στον ισότοπο 4He. Στον ppI το 4He παράγεται από την σύντηξη δύο πυρήνων 3He ενώ στους κλάδους ppII και ppIII το 3He συντήκεται με το προϋπάρχον 4He για να δώσει 7Be. Στον ήλιο κυριαρχεί ο κλάδος ppI. Υπάρχει επίσης ένας εξαιρετικά σπάνιος τέταρτος κλάδος ppIV.

Ο κλάδος ppI

3He +3He → 4He + 1H + 1H + 12.86 MeV

Ο κλάδος ppI ελευθερώνει ενέργεια 26.7 MeV και κυριαρχεί σε θερμοκρασίες LaTeX: 10^{7}-1.4\times 10^{7}Κ

Ο κλάδος pp II

       3He + 4He 7Be + γ
       7Be + e 7Li + νe
       7Li + 1H 4He + 4He

Ο κλάδος αυτός κυριαρχεί σε θερμοκρασιες LaTeX: 1.4-2.3\times10^{7} K.

Το 90% των νετρίνων που παράγονται σε αυτή την αντίδραση 7Be(ee)7Li* φέρουν ενέργεια 0.861 MeV, ενώ το υπόλοιπο 10% φέρουν ενέργεια 0.383 MeV (ανάλογα αν το 7Li είναι σε διεγερμένη ή μη στάθμη.

Ο κλάδος ppΙII

       3He + 4He 7Be + γ
       7Be + 1H 8B + γ
       8B 8Be + e+ + νe
       8Be 4He + 4He

Ο κλάδος ppIII κυριαρχεί σε θερμοκρασίες άνω των LaTeX: 2.3\times10^{7} Κ.

Ο κλάδος ppIII δεν είναι η κύρια πηγή ενέργειας στον ήλιο (μόνο 0.11%), αλλά πολύ σημαντική στο πρόβλημα των ηλιακών νετρίνων διότι παράγονται νετρίνα πολύ υψηλής ενέργειας (έως και 14.06 MeV).

Ο κλάδος ppIV

Αυτή η αντίδραση προβλέπεται αλλά ποτέ δε παρατηρείται εξαιτίας της σπανιότητάς της. Το 3He αντιδρά απευθείας με ένα πρωτόνιο για να δώσει απευθείας 4He, εκπέμποντας ένα νετρίνο εξαιρετικά υψηλής ενέργειας (έως 18.8 MeV).

3He + 1H → 4He + νe + e+

Απελευθέρωση Ενέργειας

Συγκρίνοντας τη μάζα του τελικού 4He το 0.7% της μάζας του αρχικού πρωτονίου έχει χαθεί. Η μάζα αυτή μετατράπηκε σε ενέργεια σε ακτίνες γ και νετρίνα. Η ολική ενέργεια που λαμβάνουμε είναι 26.73 MeV.

Η ενέργεια που εκπέμφθηκε σε ακτίνες γ θα αλληλεπιδράσει με το εσωτερικό του ήλιου θερμαίνοντάς το και υποστηρίζοντας το ενάντια στη βαρύτητα.