Термоядерные реакции в звёздах [нуклеосинтез]

Основные статьи: Солнце, Звезда

Термоядерные реакции в звёздах — это внутренние процессы звезды, которые являются основным источником их внутренней энергии наряду с гравитационным сжатием.

При высоких температурах, которые существуют в нед­рах звёзд, происходят термоядерные реакции, в ходе которых в результате слияния ядер атомов выделяется энергия.

Скорость выделения энергии в тер­моядерных реакциях сильно зависит от температуры. Так, в протон-протонной цепочке скорость выделения энергии про­порциональна T4, в углеродно-азотном цикле — T17, в трой­ной гелиевой реакции — T30.

Горение водорода

В центральных областях звёзд главной последовательности протекают реакции преобразования водорода в гелий, как го­ворят, происходит горение водорода (конечно, ничего общего не имеющее с химическим горением). Оно может происходить двумя различными путями: протон-протонный цикл и углеродно-азотный цикл.

Пределы температуры для этих циклов достаточно условны, реакции того или иного цикла происходят и при более высоких температурах; речь идёт только о температурах, при которых подавляющая часть энергии выделяется именно в данной реакции.

При преобразовании 1 кг водорода в гелий выделяется энер­гия, равная 1014 Дж. Поскольку мощность излучения Солнца равна 4 • 1026 Вт, а масса водорода в нем составляет 2 • 1030 кг, то запаса водорода в Солнце хватит на 100 млрд лет; конеч­но, не весь водород может выгореть, а только тот, который сосредоточен в центральных областях, но и его хватит на 10—15 млрд лет. В звёздах с большей светимостью запас водоро­да израсходуется гораздо быстрее.

Протон-протонный цикл (p-p-цикл)

Первый путь — протон-протонный цикл — осуществляется при низких температурах: от 14 • 106 до 15 • 106 K. Он начинается с того, что два протона сливают­ся, образуя ядро дейтерия, дейтерий поглощает ещё один про­тон, превращаясь в изотоп гелия (He), конец цепочки — об­разование ядра гелия.

Углеродно-азотный цикл (CNO-цикл)

Второй путь — углеродно-азотный цикл — осуществляет­ся при температурах от 18 • 106 до 20 • 106 K и содержит ряд ядерных реакций. Начинается он с того, что протон сливает­ся с ядром атома углерода, образуя ядро азота, а заканчива­ется тем, что образовавшееся ядро атома кислорода распадает­ся на ядро атома углерода и ядро атома гелия.

Горение гелия (тройная гелиевая реакция)

При температурах, больших чем 108 K, и плотностях по­рядка 109 кг/м3 и больше возможны ядерные реакции, в ко­торых три ядра гелия сливаются в ядро углерода. Правда, это осуществимо только на поздних стадиях эволюции звезды, ког­да в её ядре уже полностью исчерпываются запасы водорода и вещество практически полностью состоит из гелия.

Образование элементов тяжелее железа

При боль­ших температурах и плотностях в термоядерных реакциях уча­ствуют все более и более тяжёлые элементы, вплоть до желе­за. С железом и более тяжёлыми элементами термоядерные реакции не происходят, так как в них энергия уже не выде­ляется, а поглощается.

Нейтрино

До недавнего времени ещё сохранялись сомнения в пра­вильности гипотезы о термоядерных источниках, хотя резуль­таты расчётов по этой гипотезе прекрасно подтверждались на­блюдениями. Но в 1993 г. начал работу нейтринный телескоп, способный регистрировать нейтрино, возникающее при слия­нии двух ядер водорода в ядро дейтерия. Результаты экспериментов показали, что регистрируется примерно вдвое меньше нейтрино, чем ожидалось. Материал с сайта http://wikiwhat.ru

Осцилляции нейтрино

Существует три вида нейтрино: электронное (ve), мюонное (vμ) и тау-нейтрино (vτ). Согласно некоторым теориям элементарных частиц нейтрино могут превращаться друг в друга. Эксперимент, поставленный в 2000—2001 гг., проходил на двух установках (их часто называют нейтрин­ными телескопами). В одной из них (в Садбери) регистриро­валось только электронное нейтрино, в другой (японская установка Супер-Камиоканде) — все виды нейтрино. Солнце испускает исключительно электронные нейтрино. Оказалось, что Супер-Камиоканде регистрирует примерно на 30% мень­ше ожидаемого количества нейтрино. Но в Садбери регистри­руют ещё примерно на 1/3 меньше, т. е. регистрируемый на Земле поток солнечных нейтрино содержит не только элек­тронные нейтрино! Значит, по дороге к Земле часть электрон­ных нейтрино превратилась в другие виды нейтрино (мюон­ное или тау). Это снимает противоречие наблюдений и теории ядерных источников энергии.

Возможность таких осцилляций предсказывалась, но для их осуществления необходимо, чтобы нейтрино имело массу. А такое предположение, в свою очередь, противоречит мно­гим фундаментальным физическим теориям. Однако в 2015 году Такааки Кадзита и Артур Макдональд решили эту теоретическую проблему и доказали, что нейтрино всё же имеют ненулевую массу, за что получили Нобелевскую премию по физике.

На этой странице материал по темам:
  • Как происходят термоядерные реакции на звездах

  • В результате термоядерных реакций происходящих в недрах звезд протоны

  • Термоядерная реакция звезды производство железа

  • Нуклеосинтез термоядерные реакции

  • Сообщение термоядерные звезды

Материал с сайта http://WikiWhat.ru