CNO-цикл | это... Что такое CNO-цикл? (original) (raw)
| Ядерные процессы |
|---|
| Радиоактивный распад Альфа-распад Бета-распад Кластерный распад Двойной бета-распад Электронный захват Двойной электронный захват Гамма-излучение Внутренняя конверсия Изомерный переход Нейтронный распад Позитронный распад Протонный распад Спонтанное деление Нуклеосинтез Термоядерная реакция Протон-протонный цикл CNO-цикл Тройной альфа-процесс Гелиевая вспышка Горение углерода Углеродная детонация Горение неона Горение кремния Нейтронный захват r-процесс s-процесс Захват протонов: p-процесс rp-процесс Нейтронизация Реакции скалывания |
CNO-цикл — термоядерная реакция превращения водорода в гелий, в которой углерод, кислород и азот выступают как катализаторы. Считается одним из основных процессов термоядерного синтеза в массивных звёздах главной последовательности.
Процесс углеродного сгорания
CNO-цикл — это совокупность трёх сцепленных друг с другом или, точнее, частично перекрывающихся циклов. Самый простой из них CN-цикл (цикл Бете или углеродный цикл) был предложен Хансом Бете в 1938 и, независимо от него, Карлом Вайцзеккером.
Основной путь реакции CN-цикла :
| 12C + p | → | 13N + γ | +1,95 МэВ | (1,3·107 лет[источник не указан 709 дней]) |
|---|---|---|---|---|
| 13N | → | 13C + e+ + νe | +1,37 МэВ | (7 минут[источник не указан 709 дней]) |
| 13C + p | → | 14N + γ | +7,54 МэВ | (2,7·106 лет) |
| 14N + p | → | 15O + γ | +7,29 МэВ | (3,2·108 лет) |
| 15O | → | 15N + e+ + νe | +2,76 МэВ | (82 секунды) |
| 15N + p | → | 12C + 4He | +4,96 МэВ | (1,12·105 лет) |
Суть этого цикла состоит в непрямом синтезе α-частицы из четырёх протонов при их последовательных захватах ядрами, начиная с 12C.
Процессы кислородного сгорания
В реакции с захватом протона ядром 15N возможен ещё один исход — образование ядра 16О и рождается новый цикл NO I-цикл.
Он имеет в точности ту же структуру, что и CN-цикл:
| 14N + 1H | → | 15O + γ | +7,29 МэВ | (3,2·108 лет) |
|---|---|---|---|---|
| 15O | → | 15N + e+ + νe | +2,76 МэВ | (82 секунды) |
| 15N + 1H | → | 16O + γ | +12.13 МэВ | |
| 16O + 1H | → | 17F + γ | +0,60 МэВ | |
| 17F | → | 17O + e+ + νe | +2,76 МэВ | |
| 17O + 1H | → | 14N + 4He | +1,19 МэВ |
NO I-цикл повышает темп энерговыделения в CN-цикле, увеличивая число ядер-катализаторов CN-цикла.
Последняя реакция этого цикла также может иметь другой исход, порождая ещё один NO II-цикл:
| 15N + 1H | → | 16O + γ | +12.13 МэВ |
|---|---|---|---|
| 16O + 1H | → | 17F + γ | +0,60 МэВ |
| 17F | → | 17O + e+ + νe | +2,76 МэВ |
| 17O + 1H | → | 18F + γ | +5,61 МэВ |
| 18F | → | 18O + e+ + νe | + 1.656 МэВ |
| 18O + 1H | → | 15N + 4He | +3, 98 МэВ |
Таким образом, циклы CN, NO I и NO II образуют тройной CNO-цикл.
Имеется ещё один очень медленный четвёртый цикл, т.н OF-цикл, но его роль в выработке энергии ничтожно мала. Однако этот цикл является весьма важным, при объяснении происхождения 19F.
| 17O + 1H | → | 18F + γ | + 5.61 МэВ |
|---|---|---|---|
| 18F | → | 18O + e+ + νe | + 1.656 МэВ |
| 18O + 1H | → | 19F + γ | + 7.994 МэВ |
| 19F + 1H | → | 16O + 4He | + 8.114 МэВ |
| 16O + 1H | → | 17F + γ | + 0.60 МэВ |
| 17F | → | 17O + e+ + νe | + 2.76 МэВ |
При взрывном горении водорода в поверхностных слоях звёзд, например, при вспышках сверхновых, могут развиваться очень высокие температуры, и характер CNO-цикла резко меняется. Он превращается в так называемый горячий CNO-цикл, в котором реакции идут очень быстро и запутанно.