В 1938 р. Ганс Бете (Hans Bethe) і Чарльз Критчфілд (Charles Critchfield) відкрили протон-протонний цикл термоядерних реакцій як джерело енергії зірок.
Час горіння зірки і випускання нею частинок
Елемент | Температура 109К | Час горіння | Частинки |
---|---|---|---|
Водень Вуглець Кремній | 0.02 0.8 3.5 | 7.106 600 років 1 доба | Фотони, нейтрино Нейтрино Нейтрино |
Теоретичний розрахунок можливих ядерних реакцій в зірках різної маси
Маса, M | Можливі ядерні реакції |
0.08 | Ні |
0.3 | Горіння водню |
0.7 | Горіння водню і гелію |
5.0 | Горіння водню, гелію, вуглецю |
25.0 | Всі реакції синтезу з виділенням енергії |
Горіння гелію
Коли температура в центральній частині зірки, що містить гелій, досягає 108 K, включається нова ядерна реакція – горіння гелію. У цей час щільність центрального ядра складає (104 – 105) г / см3.
Особливість реакцій горіння гелію полягає в тому, що основна реакція
4He + 4He 8Be + γ призводить до утворення нестійкого ядра 8Be, час життя якого ~ 10-16с.
Інші ж реакції за участю двох ядер гелію відбуваються з поглинанням енергії. Однак через високу щільність ядер 4He виявляється, що перш ніж ядро 8Be знову розпадеться на дві α-частинки, воно встигає провзаємодіяти з ще одним ядром 4He (так званий “потрійний” α-процес) з утворенням ізотопу 12C в збудженому стані:
4He + 4He + 4He → 8Be + 4He → 12C * → 12C + γ.
На швидкість реакції 8Be + 4He істотно впливає те, що енергія Q реакції 8Be (4He, γ) 12C, рівна 7.37 МеВ, міститься поблизу другого збудженого стану ядра 12C з енергією 7.65 МеВ (Jp = 0 +). Тобто реакція має резонансний характер, що істотно збільшує її швидкість.
Горіння вуглецю і кисню
Горіння вуглецю починається при температурі близько 8 · 108 K і щільності ~ 105 г / см3. Основні реакції горіння вуглецю такі:
12C + 12C → | 20Ne + α (Q = 4.62 МеВ) 23Na + p (Q = 2.24 МеВ) 24Mg + γ (Q = 13.93 МеВ) 23Mg + n (Q = -2.60 МеВ) 23Na + e+ + νe (Q = 8.51 МеВ). |
Наступна стадія – горіння кисню – починається при температурі T = 2 ∙ 109 K. Основні реакції:
16O + 16O → | 32S + γ (Q = 16.54 МеВ) 31P + p (Q = 7.68 МеВ) 31S + n (Q = 1.50 МеВ) 28Si + α (Q = 9.59 МеВ). |