Протон - протонная
цепочка представлена на рис. 14. Под каждой
стрелкой приведено либо время t протекания
данной реакции в условиях Солнца, либо период
полураспада T1/2 ядра. Расчет проведен с
использованием формул (8) - (13) для случая
равенства общих масс водорода и гелия,
вступающих во взаимодействие, средней плотности
вещества ρ =
150 г/см3 и температуры
T =1.5 ћ107 K. Для
каждой реакции приведено энерговыделение
(энергия реакции Q).
Первая реакция в цепочке -
взаимодействие двух ядер водорода с
образованием дейтрона, позитрона и нейтрино. Эта
реакция происходит в результате слабого
взаимодействия и является определяющей в
скорости всей pp-цепочки (t = 5.8 ћ109 лет). На
втором этапе в результате взаимодействия
образовавшегося дейтрона с водородом происходит
образование изотопа 3He с испусканием -кванта. Далее может
реализоваться одна из двух возможностей. С
вероятностью 69% происходит реакция:
3He + 3He → 4He + 2p |
(14) |
и с вероятностью 31% - реакция с участием
дозвездного 4He
3He + 4He → 7Be + γ . |
(15) |
Образовавшееся ядро 7Be в 99.7%
случаев вступает в реакцию с электроном (ppII -
цепочка) и в 0.3% случаев - с протоном (ppIII - цепочка).
Существенным является наличие в ppIII - цепочке
реакции:
8B → 8Be*
+ e+ + e , |
(16) |
дающей поток высокоэнергичных нейтрино,
доступный для регистрации. Полная энергия
(суммарная энергия реакции Q), выделяющаяся в
результате синтеза изотопа 4He из 4 протонов,
составляет 24.7 МэВ - для цепочек ppI, ppIII и 25.7 МэВ для
цепочки ppII. Образующиеся при синтезе позитроны
аннигилируют, увеличивая энерговыделение для
всех цепочек до 26.7 МэВ.
![](images/nsf14.gif)
Рис. 14. Протон - протонная цепочка.
|
Для оценки величины энергии, выделяющейся в
pp-цепочке, необходимо уметь оценить скорости
протекания различных ядерных реакций. Сечение
реакции ij
для частиц i, j, вступающих во взаимодействие,
можно записать в виде:
ij (Sij/E)exp[(-EG/E)1/2].
|
(17) |
В табл. 8 приведены значения коэффициента Sij
при E = 0 для некоторых реакций pp - цикла и
неопределенности оценок величин
соответствующих коэффициентов.
Таблица 8
Значение величин коэффициента Sij
в реакциях pp-цикла
Реакция |
Sij |
Значения Sij,
МэВћмб |
S/S, %
|
p + p → d +
e+ + ν |
S11 |
3.82 ћ10-25 |
3 |
3 He + 3He → 4He + 2p |
S33 |
5.0 |
10 |
3He + 4He → 7Be + γ |
S34 |
0.52 ћ10-3 |
8 |
7Be + p → 8B + γ |
S17 |
0.29 ћ10-4 |
10 |
Значения Sij и их
неопределенности, приведенные в таблице,
позволяют получить представление о сложности
расчетов ядерных реакций в звездах и точности,
достигнутой на сегодняшний день.
Водородный цикл может начинаться
также с реакции:
p + p + e- → d
+ νe (Q = 1.44 МэВ). |
(18) |
Однако при плотностях, характерных
для звезд массы Солнца и T ~ 107 K, она
происходит в 400 раз реже реакции
p + p → d + e+
+ νe. |
(19) |
В звездах с массой большей, чем у
Солнца, pp - цепочка не является главным
источником энергии.
Вещество звезд второго поколения
наряду с водородом и гелием содержит более
тяжелые элементы, образующиеся в реакциях
горения водорода и гелия, и, в частности, азот,
углерод, кислород, неон и другие. Эти элементы
играют роль катализаторов в реакциях горения
водорода.
Когда температура в центре звезды
приближается к 20 млнK, в звездах начинается
цепочка ядерных реакций, в ходе которых ядра
углерода испытывают ряд последовательных
превращений, а из водорода образуется гелий. Эта
цепочка реакций называется CNO - циклом.
|