98.Термоядерні реакцій у всесвіті.

В астрофізиці стверджують, що в природі наявні об’єкти, еволюція яких зумовлена макроскопічними ядерними процесами. Такими об’єктами є зірки. Принципова складність вивчення їхньої внутрішньої структури полягає в тому, що процеси, які відбуваються всередині зірок, недоступні для спостереження. Незважаючи на це, шляхом низки теоретичних гіпотез і розрахунків вдалося отримати детальний опис структури зірок та їхньої еволюції. Розглянемо лише механізми виділення ядерної енергії. Почнемо з воднево-гелієвого середовища. Тут утворення нових елементів треба очікувати в разі зіткнення двох протонів або двох α-частинок:

p+p-II -> 2He2+γ , α+α-II ->4Be8+γ.

Однак ізотопи 2He2 і 4Be8 в природі не існують. Аналогічно, оскільки ізотопу літію 3Li5 нема, то реакція приєднання протона до α-частинки відбуватися не може:

p+2He4-II ->3Li7+γ,

Реакцією, після якої у воднево-гелієвому середовищі починаються звичайні ядерні перетворення, є екзотична в земних умовах реакція

p+p -> d+ +

Ця реакція відбувається з участю слабкої взаємодії, так що її переріз повинен бути дуже малим За менших енергій протонів переріз повинен бути ще меншим. Тому зрозуміло, чому реакції не спостерігають у земних умовах. Після утворення дейтронів швидкість ядерних перетворень збільшується. Утворений дейтрон вступає в реакцію

d+p -> 2He3+γ

унаслідок якої утворюється ізотоп 2He3. Ядро 2He3 не може зникнути, просто приєднавши протон, оскільки ізотоп 3Li4 не існує: Ядро 2He3 практично не може також приєднати протон і перетворитись в ізотоп гелію:

2He3+p-II -> 2He3 + e

оскільки така реакція знову відбувається за участю слабкої взаємодії і, отже, малоймовірна. Тому згоріти ядро 2He3 може тільки під час зіткнення з ядрами ізотопів гелію 2He3 і 2He4:

Якщо ядро 2He3 згорає в реакції то ланцюг ядерних реакцій закінчується: замість вихідних чотирьох протонів отримаємо ядро ізотопу гелію 2He4. Якщо ж ядро 2He3 вступає в реакцію .то ланцюг реакцій закінчується . Ланцюг ядерних перетворень називають водневим циклом. Результатом цих реакцій є перетворення чотирьох протонів у ядро ізотопу гелію.

99) Протонно- протонний цикл на зірках

Протон-протонний цикл - сукупність термоядерних реакцій, в ході яких водень перетворюється в гелій в зірках, що знаходяться на головній зоряної послідовності, основна альтернатива CNO-циклу. Протон-протонний цикл домінує в зірках з масою порядку маси Сонця або менше. Цикл прийнято ділити на три основних ланцюжка: ppI, ppII, ppIII

.Кінцевим продуктом ланцюжка ppI, домінуючою при температурах від 10 до 14 мільйонів градусів, є ядро ​​атома гелію, що виник в результаті злиття чотирьох протонів з виділенням енергії, еквівалентній 0,7% маси цих протонів. Цикл включає в себе три стадії. Спочатку два протони, що мають достатньо енергії, щоб подолати кулонівський бар'єр, зливаються, утворюючи дейтрона, позитрон і електронне нейтрино; потім дейтрона зливається з протоном, утворюючи ядро 3 He; нарешті, два ядра атома гелію-3 зливаються, утворюючи ядро атома гелію-4. При цьому вивільняються два протони. p + p → D + e + + ν e + 0,4 МеВ

D + p → 3 He + γ + 5,49 МеВ. 3 He + 3 He → 4 He + 2 p + 12,85 МеВ.

Інші два ланцюжки (ppII і ppIII) вносять вклад в цикл при більш високих температурах, ніж ppI. На Сонце близько 85% злиттів водню в гелій-4 відбуваються через ppI. Час, через яку Сонце витратить своє " паливо "і термоядерна реакція припиниться, оцінюється в 6 мільярдів років. 2. pep-Реакція В деяких випадках (на Сонце 0,25%, або в одній реакції з 400) злиття протонів в ядро ​​дейтерію відбувається не з емісією позитрона, а з поглинанням електрона. Це злиття двох протонів і електрона називається pep-реакцією в ній випромінюється моноенергетичні нейтрино з енергією 1,44 МеВ . Зазвичай ядро гелію-3, що утворилося у другій реакції pp-циклу після злиття дейтрона і протона, реагує з іншим ядром 3 He або 4 He. У дуже рідкісних випадках 3 He захоплює протон з утворенням ядра гелію-4, позитрона і електронного нейтрино. Ця так звана hep-реакція (назва від He + p) рідкісна, так як вона відбувається за допомогою слабкої взаємодії - один з трьох протонів, наявних в початковому стані, повинен перетворитися в нейтрон - в той час як конкуруючі реакції 3 He + 3 He і 3 He + 4 He, незважаючи на більш високий кулонівський бар'єр, не пов'язані зі зміною заряду нуклонів.

100). Вуглецевий цикл на зірках

Вуглеце́ва зоря́ - зоря пізнього спектрального класу, схожа з червоним гігантом , атмосфера якої складається більш з вуглецю, ніж з кисню; два елемента з'єднуються у верхніх шарах зорі, формуючи монооксид вуглецю, який споживає весь кисень атмосфери, залишаючи атоми карбону вільними та здатними утворювали інші сполуки з карбоном, надаючи зірці "темнуватої" атмосфери і яскраво червоного зовнішнього вигляду. У нормальних зорях атмосфера багатша на кисень, ніж вуглець. Звичайні зірки не мають характеристик карбонової зірки.Вуглецеві зорі мають особливі спектральні характеристики і були вперше класифіковані за спектром італійським астрономом Анджело Секі, піонером астрономічної спектроскопії, у 1860-х роках.

101) Азотний і неонові цикли на зірках

Для зірок-гігантів з щільними вигорілими ядрами істотні гелієвий і неоновий цикли ; вони протікають при значно вищих температурах і щільності, чим рр- і cn-циклі. Основною реакцією гелієвого циклу, що йде, починаючи з 200 млн років до н. ери, є так званий процес Солпітера: 3 4 He12C+ g1 +g 2+7,3 Мев (процес не строго потрійний, а двоступінчатий, такий, що йде через проміжне ядро 8Ве). Можливість процесу Солпітера, а тим самим і нуклеогенеза більшості елементів пов'язана з такою випадковою обставиною, як велика «гострота» резонансу в ядерній реакції , забезпечувана наявністю відповідного дискретного рівня енергії в ядра 8Ве. Якщо продукти реакцій гелієвого циклу вступлять в контакт з Н, то здійснюється неоновий (Ne—na) цикл, в якому ядро 20Ne грає роль каталізатора для процесу згорання Н в Не. Послідовність реакцій тут сповна аналогічна cn-циклу , лише ядра C12, N13, C13,N14 ,O14, N15 замінюються відповідно ядрами Ne20, Na21, Ne21,Na22, Na23, Mg23. Потужність цього циклу як джерела енергії невелика. Проте він, мабуть, має велике значення для нуклеогенеза, оскільки одне з проміжних ядер циклу ( Ne21) може служити джерелом нейтронів: Ne21 + He4Mg24 + n (аналогічну роль може грати і ядро З, що бере участь в cn-циклі). Подальший «ланцюговий» захват нейтронів, що чергується з процесами в- розпадам, є механізмом синтезу усе більш важких ядер. Середня інтенсивність енерговиділення e в типових зоряних по земних масштабах нікчемна. . Це значно менше, наприклад, швидкості енерговиділення в живому організмі в процесі обміну речовин. Проте унаслідок величезної маси Сонця (2×10 33 г ) повна випромінювана ним потужність (4×10 26 Вт ) надзвичайно велика (вона відповідає щосекундному зменшенню маси Сонця на ~ 4 млн. т ) і навіть нікчемної її долі вистачає, щоб робити вирішальний вплив на енергетичний баланс земної поверхні, життя. Із-за колосальних розмірів і мас Сонця і зірок в них ідеально вирішується проблема утримання (в даному випадку — гравітаційного) і термоізоляції плазми: протікають в гарячому ядрі зірки, а тепловіддача відбувається з видаленою і набагато холоднішою поверхні. Лише тому зірки можуть ефективно генерувати енергію в таких повільних процесах, як рр- і cn-циклі). У земних умовах ці процеси практично нереальні; наприклад фундаментальна реакція р + p -> D + е + + n безпосередньо взагалі не спостерігалася.