ВОДОРО́ДНЫЙ ЦИКЛ
-
Рубрика: Физика
-
-
Скопировать библиографическую ссылку:
ВОДОРО́ДНЫЙ ЦИКЛ (протон-протонная цепочка), последовательность термоядерных реакций в звёздах, приводящая к превращению водорода в гелий без участия катализаторов. В. ц. – осн. источник энергии звёзд с массой меньше 1,2 массы Солнца на начальных стадиях их существования (см. Эволюция звёзд).
Наиболее важные реакции В. ц.:
(здесь $е^+$ – позитрон, $е^–$ – электрон, $ν$ – нейтрино, $γ$ – фотон; звёздочкой обозначены возбуждённые состояния ядер).
В. ц. начинается столкновением двух протонов $\ce{^1H}$ с образованием ядра дейтерия $\ce{^2D}$. Дейтерий реагирует с протоном, образуя изотоп гелия $\ce{^3He}$. Два ядра $\ce{^3He}$ при столкновении образуют $\ce{^4He}$ с отщеплением двух протонов либо $\ce{^3He}$ соединяется с $\ce{^4He}$ и образуется ядро $\ce{^7Be}$. Последнее, в свою очередь, захватывает либо электрон, либо протон, и возникает ещё одно разветвление протон-протонной цепочки реакций. В результате В. ц. может идти тремя разл. путями I, II и III. Для реализации ветви I первые две реакции В. ц. должны осуществиться дважды.
Скорости промежуточных реакций очень велики по сравнению со скоростью первой реакции В. ц. Поэтому $\ce{^2D, ^3He, ^7Be, ^7Li\: и\: ^8B}$ не накапливаются в сколько-нибудь заметных количествах. В недрах Солнца примерно в 92% всех случаев В. ц. заканчивается ветвью I, в 8% – ветвью II, а на долю ветви III приходится всего 0,01% случаев. Вклад ветви III в скорость генерации солнечной энергии ничтожен, но она важна для детектирования солнечных нейтрино, поскольку при бета-распаде ядра $\ce{^8B}$ испускаются нейтрино высокой энергии – вплоть до 14 МэВ.
Итог каждой ветви В. ц. – образование ядра $\ce{^4He }$ из четырёх протонов с испусканием двух нейтрино. При этом выделяется энергия 26,73 МэВ, из которой в среднем ок. 0,6 МэВ уносят нейтрино. В недрах звёзд при темп-ре $T \geqslant$1,8·107 К с В. ц. конкурирует углеродно-азотный цикл.