Протон - протонная цепочка
представлена на рис. 14. Под каждой стрелкой приведено либо время t протекания
данной реакции в условиях Солнца, либо период полураспада T1/2 ядра.
Расчет проведен с использованием формул (8) - (13) для случая равенства общих
масс водорода и гелия, вступающих во взаимодействие, средней плотности вещества
ρ = 150 г/см3 и температуры
T =1.5 ·107 K. Для каждой реакции приведено энерговыделение (энергия
реакции Q).
Первая реакция в цепочке - взаимодействие двух ядер водорода
с образованием дейтрона, позитрона и нейтрино. Эта реакция происходит в
результате слабого взаимодействия и является определяющей в скорости всей
pp-цепочки (t = 5.8 ·109 лет). На втором этапе в результате
взаимодействия образовавшегося дейтрона с водородом происходит образование
изотопа 3He с испусканием -кванта. Далее
может реализоваться одна из двух возможностей. С вероятностью 69% происходит
реакция:
3He + 3He → 4He
+ 2p |
(14) |
и с вероятностью 31% - реакция с участием дозвездного 4He
3He + 4He → 7Be
+ γ . |
(15) |
Образовавшееся ядро 7Be в 99.7% случаев
вступает в реакцию с электроном (ppII - цепочка) и в 0.3% случаев - с протоном
(ppIII - цепочка). Существенным является наличие в ppIII - цепочке реакции:
8B → 8Be* + e+
+ e , |
(16) |
дающей поток высокоэнергичных нейтрино, доступный для регистрации. Полная
энергия (суммарная энергия реакции Q), выделяющаяся в результате синтеза изотопа
4He из 4 протонов, составляет 24.7 МэВ - для цепочек ppI, ppIII и 25.7 МэВ
для цепочки ppII. Образующиеся при синтезе позитроны аннигилируют, увеличивая
энерговыделение для всех цепочек до 26.7 МэВ.
Рис. 14. Протон - протонная цепочка.
|
Для оценки величины энергии, выделяющейся в pp-цепочке, необходимо уметь
оценить скорости протекания различных ядерных реакций. Сечение реакции ij
для частиц i, j, вступающих во взаимодействие, можно записать в виде:
ij(Sij/E)exp[(-EG/E)1/2]. |
(17) |
В табл. 8 приведены значения коэффициента Sij
при E = 0 для некоторых реакций pp - цикла и неопределенности оценок величин
соответствующих коэффициентов.
Таблица 8
Значение величин коэффициента Sij
в реакциях pp-цикла
Реакция |
Sij |
Значения Sij,
МэВ·мб |
S/S,
% |
p + p → d + e+ + ν |
S11 |
3.82 ·10-25 |
3 |
3 He + 3He
→ 4He + 2p |
S33 |
5.0 |
10 |
3He + 4He
→ 7Be + γ |
S34 |
0.52 ·10-3 |
8 |
7Be + p → 8B
+ γ |
S17 |
0.29 ·10-4 |
10 |
Значения Sij и их неопределенности, приведенные
в таблице, позволяют получить представление о сложности расчетов ядерных реакций
в звездах и точности, достигнутой на сегодняшний день.
Водородный цикл может начинаться также с реакции:
p + p + e- → d + νe
(Q = 1.44 МэВ). |
(18) |
Однако при плотностях, характерных для звезд массы Солнца
и T ~ 107 K, она происходит в 400 раз реже реакции
p + p → d + e+
+ νe. |
(19) |
В звездах с массой большей, чем у Солнца, pp - цепочка не
является главным источником энергии.
Вещество звезд второго поколения наряду с водородом и гелием
содержит более тяжелые элементы, образующиеся в реакциях горения водорода и
гелия, и, в частности, азот, углерод, кислород, неон и другие. Эти элементы
играют роль катализаторов в реакциях горения водорода.
Когда температура в центре звезды приближается к 20 млнK, в
звездах начинается цепочка ядерных реакций, в ходе которых ядра углерода
испытывают ряд последовательных превращений, а из водорода образуется гелий. Эта
цепочка реакций называется CNO - циклом.
|