Lanț proton-proton

Secțiuni transversale ale proceselor de nucleosinteză la temperaturi diferite: ciclul carbonului (CNO) necesită în medie o temperatură mai mare decât lanțul proton-proton. Se observă că Soarele are o temperatură care este chiar sub pragul de tranziție către ciclul carbonului.

Schema reacțiilor în lanț pp.

Lanțul proton-proton este un proces nuclear care transformă nucleii de hidrogen ( protoni ) în nuclei de heliu . Procesul a fost ipotezat în 1939 de fizicianul și astronomul german Hans Albrecht Bethe . Ciclul proton-proton reprezintă principala sursă de energie pentru majoritatea stelelor din univers, inclusiv Soarele în care acest lanț este procesul predominant. Un alt proces care duce la formarea heliului pornind de la hidrogen este ciclul CNO .

Lanțul reacțiilor

În prima etapă, doi nuclei de hidrogen ¹ H ( protoni ) fuzionează pentru a forma un nucleu de deuteriu ² H, eliberând un pozitron (deoarece un proton a devenit neutron ) și un neutrin ( β + dezintegrare ).

¹ H + ¹ H → ² H + e ⁺ + ν _e

cu neutrinul transportând o energie de la 0 la 0,42 MeV .

Acest prim pas este extrem de lent din două motive: primul este că pentru cei doi protoni este necesar să depășim bariera de repulsie electrostatică (și acest lucru se poate întâmpla doar datorită efectului tunel , care are o probabilitate scăzută, dar nu zero) și deoarece Dezintegrarea de la doi protoni la deuteriu este o interacțiune slabă care transformă un proton în neutron. Acesta este blocajul întregului lanț, protonul trebuie să aștepte aproximativ 10 ⁹ ani înainte de a fuziona în deuteriu.

Pozitronul se anihilează imediat cu un electron , iar energiile lor de masă sunt transformate în două raze gamma .

e ⁺ + și ^- → 2 γ pentru o energie totală de cel puțin 1,022 MeV egală cu masa de repaus a celor două particule

După producerea deuteriului în prima etapă, se poate fuziona cu un alt nucleu de hidrogen pentru a produce un izotop ușor de heliu , ³ He :

² H + ¹ H → ³ He + γ + 5,49 MeV

De aici, trei ramuri diferite conduc la formarea izotopului heliu ⁴ He . În pp1 heliu-4 provine din fuziunea a doi nuclei de heliu-3; celelalte ramuri, pp2 și pp3 necesită heliu-4 produs în pp1; ambele au căi diferite pe care Beriliu -7 le poate urma. În Soare, ramura pp1 are o frecvență de 91%, pp2 9% și pp3 0,1%.

Tabel cu diferitele ramuri ale lanțului

Ramură pp

³ El + ³ El → ⁴ El + ¹ H + ¹ H + 12,96 MeV

Finalizarea lanțului pp I eliberează o energie netă de 26,73 MeV.
Ramura pp I este dominantă la temperaturi cuprinse între 10 și 14 MK . Sub 10 MK, lanțul pp nu mai produce ⁴ He.

Ramură pp II

³ El + ⁴ El	→	⁷ Fii + γ
⁷ Fii + și ^-	→	⁷ Li + ν _e
⁷ Li + ¹ H	→	⁴ El + ⁴ El

Ramura pp II este dominantă la temperaturi cuprinse între 14 și 23 MK.

90% din neutrinii produși în reacția ⁷ Be (e ^- , ν _e ) ⁷ Li * poartă o energie de 0,861 MeV, în timp ce restul de 10% o energie de 0,383 MeV (în funcție de faptul dacă litiu-7 este într-o stare excitată sau nu).

Ramură pp III

³ El + ⁴ El	→	⁷ Fii + γ
⁷ Fii + ¹ H	→	⁸ B + γ
⁸ B	→	⁸ Fii + e ⁺ + ν _e
⁸ Fii	↔	⁴ El + ⁴ El

Ramura pp III este dominantă la temperaturi peste 23 MK.

Ramura pp III nu este sursa majoră de energie pentru Soare (deoarece temperatura miezului nu este suficient de ridicată), dar este foarte importantă pentru problema neutrinilor solari , deoarece generează neutrini cu cea mai mare energie (≤14,06 MeV).

Ramură pp IV sau Hep

În acest caz, heliul-3 reacționează direct cu un proton pentru a da heliu-4

³ He + ¹ H → ⁴ He + ν _e + e ⁺

Energie eliberată

Comparând masa heliului-4 final cu masele celor patru protoni se obține că se pierde 0,7% din masa inițială. Această masă este transformată în energie, în special în raze gamma, în energie cinetică a produselor și neutrini eliberați în timpul reacțiilor individuale. Energia totală obținută dintr-o întreagă ramură este de 26,73 MeV.

Doar energia eliberată sub formă de raze gamma poate interacționa cu electroni și protoni și poate încălzi interiorul Soarelui. Această încălzire împiedică prăbușirea Soarelui sub greutatea sa.

Reacția Pep

Deuteriul poate fi produs și printr-o reacție rară de captare a electronilor pep (proton-electron-proton):

¹ H + e ^- + ¹ H → ² H + ν _e

La Soare, frecvența reacției p și p este de 1/400 din pp. Cu toate acestea, neutrinii eliberați sunt mult mai energici: în timp ce neutrinii produși în prima trecere a pp variază de la 0 la 0,42 MeV, neutrinii pepului produc o linie îngustă la 1,44 MeV.

Elemente conexe

Alte proiecte

Wikimedia Commons conține imagini sau alte fișiere despre lanțul Proton-Proton

linkuri externe

Lanțul proton-proton , Par. 4.3 din „Fundamentele astrofizicii stelare” de V. Castellani

Portalul fizicii : accesați intrările Wikipedia care se ocupă cu fizica