УГЛЕРО́ДНО-АЗО́ТНЫЙ ЦИКЛ

УГЛЕРО́ДНО-АЗО́ТНЫЙ ЦИКЛ (CNO-цикл), по­сле­до­ва­тель­ность тер­мо­ядер­ных ре­ак­ций в звёз­дах, при­во­дя­щая к пре­вра­ще­нию во­до­ро­да в ге­лий с уча­сти­ем ста­биль­ных изо­то­пов уг­ле­ро­да , азо­та , ки­сло­ро­да и фто­ра в ка­че­ст­ве ка­та­ли­за­то­ров. У.-а. ц. – осн. ис­точ­ник энер­гии звёзд с мас­сой боль­ше 1,2 масс Солн­ца на на­чаль­ных ста­ди­ях их су­ще­ст­во­ва­ния (см. Эво­лю­ция звёзд). Темп-ра ядер та­ких звёзд пре­вы­ша­ет 18 млн. К, что обес­пе­чи­ва­ет пре­об­ла­да­ние У.-а. ц. над во­до­род­ным цик­лом.

Со­во­куп­ность ре­ак­ций У.-а. ц. со­сто­ит из 4 пе­ре­пле­таю­щих­ся эле­мен­тар­ных цик­лов:

I. $\ce{^12_6 C} + \ce{p} \rightarrow \ce{^13_7 N}+\ce{γ};\\ \ce{^13_7 N} \rightarrow \ce{^13_6 C} +\ce{e+}+\ce{ν}_e;\\ \ce{^13_6 C} + \ce{p} \rightarrow \ce{^14_7 N}+γ;\\ \ce{^14_7 N} + \ce{p} \rightarrow \ce{^15_8 O}+γ;\\ \ce{^15_8 O} \rightarrow \ce{^15_7 N} + \ce{e+} + ν_e;\\ \ce{^15_7 N} + \ce{p} \rightarrow \ce{^12_6 C} + α.$

II. $\ce{^14_7 N} + \ce{p} \rightarrow \ce{^15_8 O}+γ;\\ \ce{^15_8 O} \rightarrow \ce{^15_7 N} +\ce{e+}+ν_e;\\ \ce{^15_7 N} + \ce{p} \rightarrow \ce{^16_8 O}+\ce{γ};\\ \ce{^16_8 O} + \ce{p} \rightarrow \ce{^17_9 F}+\ce{γ};\\ \ce{^17_9 F} \rightarrow \ce{^17_8 O} + \ce{e+} + ν_e;\\ \ce{^17_8 O} + \ce{p} \rightarrow \ce{^14_7 N} + \ce{α}.$

III. $\ce{^15_7 N} + \ce{p} \rightarrow \ce{^16_8 O}+γ;\\ \ce{^16_8 O} +\ce{p} \rightarrow \ce{^17_9 F} +γ;\\ \ce{^17_9 F} \rightarrow \ce{^17_8 O}+\ce{e+} + ν_e;\\ \ce{^17_8 O} + \ce{p} \rightarrow \ce{^18_9 F}+\ce{γ};\\ \ce{^18_9 F} \rightarrow \ce{^18_8 O} + \ce{e+} + ν_e;\\ \ce{^18_8 O} + \ce{p} \rightarrow \ce{^15_7 N} + \ce{α}.$

IV. $\ce{^16_8 O} + \ce{p} \rightarrow \ce{^17_9 F}+γ;\\ \ce{^17_9 F} \rightarrow \ce{^17_8 O} +\ce{e+} + ν_e;\\ \ce{^17_8 O} + \ce{p} \rightarrow \ce{^18_9 F}+γ;\\ \ce{^18_9 F} \rightarrow \ce{^18_8 O}+\ce{e+} + ν_e;\\ \ce{^18_8 O} + \ce{p} \rightarrow \ce{^19_9 F} + γ;\\ \ce{^19_9 F} + \ce{p} \rightarrow \ce{^16_8 O} + \ce{α}.$

Здесь $\ce{p}$ – про­тон, $α$ – α-час­ти­ца, $\ce{e+}$ – пози­трон, $γ$ – фо­тон, $ν_e$ – элек­трон­ное ней­три­но.

Ка­ж­дый из цик­лов I–IV со­сто­ит из 6 ре­ак­ций, вклю­чаю­щих 3 ре­ак­ции ра­ди­ационного за­хва­та про­то­на, 2 ре­ак­ции по­зи­трон­но­го бе­та-рас­па­да и за­вер­шаю­щую ре­ак­цию за­хва­та про­то­на с вы­бро­сом α-час­ти­цы. Ито­гом ка­ж­до­го цик­ла яв­ля­ет­ся об­ра­зо­ва­ние из 4 про­то­нов яд­ра ато­ма ⁴He (α-час­ти­цы) с ис­пус­ка­ни­ем 2 ней­три­но. При этом вы­де­ля­ет­ся энер­гия 26,73 МэВ, из ко­то­рой в сред­нем по всем 4 эле­мен­тар­ным цик­лам 1,7 МэВ уно­сят ней­три­но.

В ус­та­но­вив­шем­ся У.-а. ц. на ка­ж­дый цикл IV при­хо­дит­ся бо­лее 1000 цик­лов II и III и бо­лее 10⁶ цик­лов I. Наи­бо­лее мед­лен­ной в цик­ле I ока­зы­ва­ет­ся ре­ак­ция по­это­му имен­но она оп­ре­де­ля­ет ско­рость пе­ре­ра­бот­ки во­до­ро­да в ге­лий и ин­тен­сив­ность энер­го­вы­де­ле­ния в уг­ле­род­но-азот­ном цик­ле.

Для ядер­ной ас­т­ро­фи­зи­ки осо­бен­но важ­ны та­кие по­след­ст­вия У.-а. ц., как пре­вра­ще­ние поч­ти всех (ок. 94%) ис­ход­ных изо­то­пов $\ce{C}$, $\ce{N}$, $\ce{O}$ и $\ce{F}$ в нук­лид $\ce{^14_7 N}$, а так­же об­ра­зо­ва­ние нук­ли­дов $\ce{^13_6 C}$ и $\ce{^17_8 O}$ – по­тен­ци­аль­ных ис­точ­ни­ков ней­т­ро­нов $\ce{n}$ на бо­лее позд­них ста­ди­ях эво­лю­ции звёзд в ре­ак­ци­ях $\ce{^13_6 C} + α \rightarrow \ce{^16_8 O} + \ce{n}$ и $\ce{^17_8 O} + α \rightarrow \ce{^20_10 Ne} + \ce{n}$.