Cyklus CNO

Cyklus CNO  je termonukleární reakce , která přeměňuje vodík na helium , ve kterém uhlík , kyslík a dusík působí jako katalyzátory . Je považován za jeden z hlavních procesů termonukleární fúze v masivních hvězdách hlavní posloupnosti .

Proces spalování uhlíku

Cyklus CNO  je soubor tří cyklů, které jsou vzájemně propojeny, nebo přesněji se částečně překrývají. Nejjednodušší z nich, CN-cyklus (Betheho cyklus nebo uhlíkový cyklus), navrhl v roce 1938 Hans Bethe [1] a nezávisle Karl Weizsacker [2] .

Hlavní reakční cesta CN-cyklu [3] (navíc je uvedena charakteristická reakční doba) [4] :

12C + str → 13N + γ +1,94 MeV _ ~1,3⋅10 7 let
13 N → 13 C + e + + v e +2,22 MeV ~7 minut (nebo +1,20 MeV bez anihilace e + ; T ½ pro 13 N = 9,96 min [5] )
13C + str → 14N + γ +7,55 MeV ~2,7⋅10 6 let
14N +p → 150 + γ +7,30 MeV ~3,2⋅10 8 let
15 O → 15 N + e + + v e +2,75 MeV ~82 sekund (nebo +1,73 MeV bez anihilace e + ; T ½ pro 15 O = 122,24  s [5] )
15N +p → 12 C + 4 He +4,96 MeV ~1,1⋅10 5 let

Podstatou tohoto cyklu je nepřímá syntéza α-částice ze čtyř protonů při jejich postupných záchytech jádry, počínaje teplotou 12 C.

Procesy spalování kyslíku

Při reakci se záchytem protonu jádrem 15N je možný ještě jeden výsledek: vytvoření jádra 16O a zrod nového cyklu, nazývaného NO I-cyklus .

Má přesně stejnou strukturu jako cyklus CN:

14N + 1H _ → 150 + γ +7,29 MeV _ (3,2⋅10 8 let [4] )
15 O → 15 N + e + + v e +2,76 MeV (82 sekund)
15N + 1H _ → 16 O + γ +12,13 MeV
160 + 1H _ → 17F + y +0,60 MeV
17F _ → 17 O + e + + v e +2,76 MeV
170 + 1H _ → 14 N + 4 He +1,19 MeV

Cyklus NO I zvyšuje rychlost uvolňování energie v cyklu CN zvýšením počtu jader katalyzátoru cyklu CN.

Poslední reakce tohoto cyklu má také dvě varianty průběhu, z nichž jedna vede k dalšímu cyklu - cyklu NO II :

15N + 1H _ → 16 O + γ +12,13 MeV
160 + 1H _ → 17F + y +0,60 MeV
17F _ → 17 O + e + + v e +2,76 MeV
170 + 1H _ → 18F + γ +5,61 MeV
18F _ → 18 O + e + + v e + 1,656 MeV
180 + 1H _ → 15 N + 4 He +3,98 MeV

Cykly CN , NO I a NO II tedy tvoří trojitý cyklus CNO .

Existuje další velmi pomalý čtvrtý cyklus, tzv. OF-cyklu , ale jeho role při výrobě energie je zanedbatelná (na jeden takový cyklus připadá 1000 cyklů NO I a NO II a více než 10 6 cyklů CN [6] ). Tento cyklus je však důležitý pro vysvětlení původu 19 F.

170 + 1H _ → 18F + γ + 5,61 MeV
18F _ → 18 O + e + + v e + 1,656 MeV
180 + 1H _ → 19F + y + 7,994 MeV
19F + 1H _ → 16 O + 4 He + 8,114 MeV
160 + 1H _ → 17F + y + 0,60 MeV
17F _ → 17 O + e + + v e + 2,76 MeV

Při explozivním spalování vodíku v povrchových vrstvách hvězd, například při explozích supernov , se mohou vyvinout velmi vysoké teploty a povaha cyklu CNO se dramaticky změní. Přechází do tzv. horkého CNO cyklu , ve kterém jsou reakce velmi rychlé a složité.

Viz také

Poznámky

  1. ↑ H.A. Bethe: Výroba energie ve hvězdách. Physical Review 55 (1939) 434-456, doi:10.1103/PhysRev.55.434 .
  2. ↑ CF von Weizsäcker: Über Elementumwandlungen im Innern der Sterne. Physikalische Zeitschrift 38 (1937) 176-191 a 39 (1938) 633-646.
  3. ↑ Úvod do jaderné astrofyziky , Richard N. Boyd, University of Chicago Press, 1. června 2008, ISBN 978-0-226-06971-5 ; strana 211
  4. ↑ 1 2 Článek CARBON CYCLE, Physical Encyclopedic Dictionary. — M.: Sovětská encyklopedie. Šéfredaktor A. M. Prochorov. 1983. [1]
  5. ↑ 1 2 Principles and Perspectives in Cosmochemistry , Springer, 2010, ISBN 978-3-642-10368-1 , str. 233
  6. ↑ Astronet > Uhlíkový cyklus

Literatura

Odkazy

  Přejděte na položku Wikidata  Slovníky a encyklopedie