Горение водорода, образование гелия

Нуклеосинтез во вселенной

Ядерные реакции в звездах

Нуклеосинтез 3
Введение 3
Горение водорода, образование гелия 3
Горение гелия 4
Горение более тяжелых элементов 5
Нуклеосинтез в настоящее время 5

Ядерные реакции в звездах 6
Образование и эволюция звезд 6
Сверхновые звезды 7

Список используемой литературы 8

Нуклеосинтез во Вселенной

Введение

Веками люди задавались вопросом, как возникла материя, как появилось то, из чего состоит наш мир - молекулы, атомы. В 1919 г. Резерфорду впервые удалось превратить атомное ядро одного химического элемента в другое. Это открытие дало основание полагать, что в основе многообразия химических элементов лежат ядерные реакции.

В настоящее время общепризнанной является точка зрения, что элементы, из которых состоит Солнечная система, образовались в ходе звездной эволюции. То есть все ядерные превращения, в результате которых эти элементы возникли, протекают в звездах в различные периоды их жизни. (См. раздел "Ядерные реакции в звездах"). Так никель ⁵⁶Ni появился вследствие горения кремния ²⁸Si, тот, в свою очередь, результат горения кислорода ¹⁶О и т. д.

Впрочем, некоторые элементы (такие как ⁴He или ²H (дейтерий)) образовались еще на дозвездной стадии эволюции Вселенной.

Горение водорода, образование гелия

Ядро ⁴He может получиться различными способами: в протозвездах, в силу сравнительно невысокой температуры (~ 1 млн. K), горения ¹Н не происходит, но зато эффективно протекают реакции с дейтерием (дейтерий образуется путем простого радиационного захвата: n + p → d + γ):

d + d → ⁴He + γ

p + d → ³H + γ

n + d → ³He + γ

а затем и

d + ³H → ⁴He + n

p + ³H → ⁴He + γ

n + ³He → ⁴He + γ

В центре звезд, находящихся в стационарном состоянии, возможно преобразование 4-х ядер водорода в ядро ⁴He (температура внутренних слоев Солнца составляет 1.5 · 10⁷ K)

Всего возможны две различные последовательности реакций, которые могут обеспечить достаточное выделение энергии для поддержания светимости звезды:
- протон - протонная цепочка (pp - цепочка), в которой водород превращается непосредственно в гелий;
- углеродно - азотно - кислородный цикл (CNO - цикл), в котором в качестве катализатора участвуют ядра C, N и O.
Какая из этих двух реакций играет более существенную роль, зависит от температуры звезды.

В звездах второго поколения, содержащих Ne, Mg, Al, возможны также замкнутые циклы, приводящие к горению водорода с образованием ⁴He

pp-цепочка протекает очень долго (t = 5.8 · 10⁹ лет), во многом время ее протекания определяется первой реакцией:

¹H + ¹H → ²H + e⁺ + ν_e

После нее следует

d + p → ³He + γ

И ⁴He получается в результате реакции слияния двух ³He:

³He + ³He →⁴He + 2p

(Данная реакция протекает с вероятностью всего 69%, другая возможная реакция с дозвездным ⁴He: ³He + ⁴He ⁷Be + γ ‑ порождает серию преобразований, так или иначе приводящих к образованию новых ⁴He)

NCO-цикл имеет следующий вид:

⁴He образуется только в первом цикле, в результате реакции

¹⁵N + p ¹²C + ⁴He