CNO cyklus

CNO-cyklussen  er en termonuklear reaktion , der omdanner brint til helium , hvor kulstof , oxygen og nitrogen fungerer som katalysatorer . Det betragtes som en af ​​hovedprocesserne for termonuklear fusion i massive hovedsekvensstjerner .

Processen med kulstofforbrænding

En CNO-cyklus  er en samling af tre cyklusser forbundet med hinanden eller mere præcist delvist overlappende cyklusser. Den enkleste af dem, CN-cyklussen (Bethe-cyklus eller kulstof-cyklus), blev foreslået i 1938 af Hans Bethe [1] og uafhængigt af Karl Weizsacker [2] .

Hovedreaktionsvejen for CN-cyklussen [3] (derudover er den karakteristiske reaktionstid angivet) [4] :

12C +p → 13N + y +1,94 MeV _ ~1,3⋅10 7 år
13 N → 13 C + e + + v e +2,22 MeV ~7 minutter (eller +1,20 MeV eksklusiv annihilation e + ; T ½ for 13 N = 9,96 min [5] )
13C +p → 14N + y +7,55 MeV ~2,7⋅10 6 år
14N +s → 15 O + y +7,30 MeV ~3,2⋅10 8 år
15 O → 15 N + e + + v e +2,75 MeV ~82 sekunder (eller +1,73 MeV eksklusiv annihilation e + ; T ½ for 15 O = 122,24  s [5] )
15N +s → 12 C + 4 He +4,96 MeV ~1,1⋅10 5 år

Essensen af ​​denne cyklus er den indirekte syntese af en α-partikel fra fire protoner under deres på hinanden følgende indfangninger af kerner, startende fra 12 C.

Iltforbrændingsprocesser

I reaktionen med indfangningen af ​​en proton af 15 N-kernen er endnu et resultat muligt: ​​dannelsen af ​​16 O-kernen og fødslen af ​​en ny cyklus, kaldet NO I-cyklussen .

Det har nøjagtig samme struktur som CN-cyklussen:

14N + 1H _ → 15 O + y +7,29 MeV _ (3,2⋅10 8 år [4] )
15 O → 15 N + e + + v e +2,76 MeV (82 sekunder)
15N + 1H _ → 16 O + y +12,13 MeV
160 + 1 H → 17F + y +0,60 MeV
17F _ → 17 O + e + + v e +2,76 MeV
170 + 1 H → 14 N + 4 He +1,19 MeV

NO I-cyklussen øger hastigheden af ​​energifrigivelse i CN-cyklussen ved at øge antallet af CN-cyklus-katalysatorkerner.

Den sidste reaktion i denne cyklus har også to varianter af forløbet, hvoraf den ene giver anledning til en anden cyklus - NO II-cyklussen :

15N + 1H _ → 16 O + y +12,13 MeV
160 + 1 H → 17F + y +0,60 MeV
17F _ → 17 O + e + + v e +2,76 MeV
170 + 1 H → 18F + y +5,61 MeV
18F _ → 18 O + e + + v e + 1,656 MeV
180 + 1 H → 15 N + 4 He +3,98 MeV

Således danner CN , NO I og NO II cyklerne en tredobbelt CNO cyklus .

Der er en anden meget langsom fjerde cyklus, den såkaldte. OF-cyklus , men dens rolle i energiproduktionen er ubetydelig (1000 NO I- og NO II-cyklusser og mere end 106 CN-cyklusser [6] falder på en sådan cyklus ). Denne cyklus er dog vigtig for at forklare oprindelsen af ​​19 F.

170 + 1 H → 18F + y + 5,61 MeV
18F _ → 18 O + e + + v e + 1,656 MeV
180 + 1 H → 19F + y + 7,994 MeV
19F + 1H _ → 16 O + 4 He + 8,114 MeV
160 + 1 H → 17F + y + 0,60 MeV
17F _ → 17 O + e + + v e + 2,76 MeV

Under den eksplosive forbrænding af brint i stjernernes overfladelag, for eksempel under supernovaeksplosioner , kan der udvikles meget høje temperaturer, og karakteren af ​​CNO-cyklussen ændrer sig dramatisk. Det bliver til den såkaldte varme CNO - cyklus , hvor reaktionerne er meget hurtige og indviklede.

Se også

Noter

  1. ↑ H.A. Bethe: Energiproduktion i stjerner. Physical Review 55 (1939) 434-456, doi:10.1103/PhysRev.55.434 .
  2. ↑ CF von Weizsäcker: Über Elementumwandlungen im Innern der Sterne. Physikalische Zeitschrift 38 (1937) 176-191 og 39 (1938) 633-646.
  3. ↑ An Introduction to Nuclear Astrophysics , af Richard N. Boyd, University of Chicago Press, 1. juni 2008, ISBN 978-0-226-06971-5 ; side 211
  4. ↑ 1 2 Artikel CORBON CYCLE, Physical Encyclopedic Dictionary. — M.: Sovjetisk Encyklopædi. Chefredaktør A. M. Prokhorov. 1983. [1]
  5. ↑ 1 2 Principles and Perspectives in Cosmochemistry , Springer, 2010, ISBN 978-3-642-10368-1 , side 233
  6. ↑ Astronet > Kulstofkredsløb

Litteratur

Links

  Gå til Wikidata-elementet  Ordbøger og encyklopædier