| 8695912 9216 5224 943 1
0,10
1,0
10
D + 3Не -> 4Не + р
18,4
0,71
0,47
11
3Не + 3Не->4Не + 2р
12,8
-
--
12
n + 6Li ->4Не + Т
4,8
2,6
0,26
13
р + 6Li ->4Не + 3Не
4,0
10-4
0,3
14
р + 7Li ->24Не + y
17,3
6X10-3
0,44
15
D +7Li ->7Li + р
5,0
0,01
1,0
16
D + 6Li -> 24He
22,4
0,026
0,60
17
D + 7Li - 24He + п
15,0
10-3
0,2
18
p + 9Be - 24He + D
0,56
0,46
0,33
19
p + 9Be - 6Li + 4He
2,1
0,35
0,33
20
p + 11В - 34He
8,6
0,6
0,675
21
p + 15N - 12C + 4He
5,0
0,69 (при 1,2 Мэв)
1,2
р - протон, D - дейтрон (ядро дейтерия 2Н), Т - тритон (ядро трития 3Н), n - нейтрон, e+ - позитрон, v - нейтрино, Y - фотон.
Табл. 2. - Водородный цикл
Реакция
Энерговыделение, Мэв
Среднее время реакции
p + p->D + e+ + v
2-0,164+(2-0,257)
1,4-1010 лет
е+ + е- -> 2Y
2-1,02
-
р + D -> 3Не + Y
2-5,49
5 , 7 сек
3Не + 3Не->4Не+2р
12,85
106 лет
Итого 4р->Не+2е +
26,21 + +(0,514)
Табл. 3. - Углеродный цикл
Реакция
Энерговыделение, Мэв
Среднее время реакции
р + 12С - 13N + Y
1,95
1,3-107
лет
13N -> 13C +e++v
1,50(0,72)
7 , 0 мин
р + 13С -> 14N + y
7,54
2,7-106 лет
р + 14N - 15О + y
7,35
3,3-103
лет
15O ->15N + е+ + v
1,73+ +(0,98)
82 сек
р + 15N -> 12C + 4Не
4,96
1,1-105
лет
Итого 4р->4Не+2е+
25,03+ +(1,70)
Главная причина очень большого разброса сечений Т. р.- резкое различие вероятностей собственно ядерных ("послебарьерных") превращений. Так, для большинства реакций, сопровождающихся образованием наиболее сильно связанного ядра 4Не, сечение велико, тогда как для реакций, обусловленных слабым взаимодействием (например, р + р -> D + е+ + v), оно весьма мало.
Т. р. происходят в результате парных столкновений между ядрами, поэтому число их в единице объёма в ед. времени равно nin2 < va(v)>, где n1,n2 - концентрации ядер 1-го и 2-го сортов (если ядра одного сорта, то n1n2 следует заменить на Vzn ), v - относит, скорость сталкивающихся ядер, угловые скобки означают усреднение по скоростям ядер v [распределение к-рых в дальнейшем принимается максвелловским (см. Максвелла распределение)}.
Температурная зависимость скорости Т. р. определяется множителем < vo(v)>. В практически важном случае "не очень высоких" темп-р Т<(107 -т- 108)К она может быть приближённо выражена в виде, одинаковом для всех Т. р. В этом
случае относит, энергии Е сталкивающихся ядер, как правило, значительно ниже высоты кулоновского барьера (последняя даже для комбинации ядер с наименьшим зарядом z = 1 составляет ~200 Кэв, что соответствует, по соотношению Е = КГ, Т~1 -109К) и, следовательно, вид а(и) определяется в основном вероятностью "туннельного" прохождения сквозь барьер (см. Туннельный эффект), а не собственно ядерным взаимодействием, в ряде случаев обусловливающим "резонансный" характер зависимости a(v) (именно такая зависимость проявляется в наибольших из значений а„акс в табл. 1). Результат имеет вид
[25J-81.jpg]
где const - постоянная, характерная для данной реакции, Z1, Z2 - заряды сталкивающихся ядер, - их приведённая масса, е - заряд электрона, h - Планка постоянная, k -Болъцмана постоянная.
[25J-82.jpg]
Т. р. во Вселенной играют двоякую роль - как основной источник энергии звёзд и как механизм нуклеогенеза. Для
нормальных гомогенных звезд, в т. ч. Солнца, гл. процессом экзоэнергетич. ядерного синтеза является сгорание H в Не, точнее, превращение 4 протонов в ядро 4Не и 2 позитрона. Этот результат можно получить двумя путями (X. Бете и др., 1938-39): 1) в протонпротонной (рр) цепочке, или водородном цикле; 2) в углеродно-азотном (CN), или углеродном, цикле (табл. 2 и 3).
Первые 3 реакции входят в полный цикл дважды. Времена реакций рассчитаны для условий в центре Солнца: Т = 13 млн К (по другим данным -16 млн К), плотность H - 100 г/см3. В скобках указана часть энерговыделения, безвозвратно уходящая с v.
В CN-цикле ядро 12С играет роль катализатора. Для Солнца и менее ярких звёзд в полном энерговыделении преобладает рр-цикл, а для более ярких звёзд -CN-цикл. Водородный цикл разветвляется на 3 варианта. При достаточно больших концентрациях 4Не и Т>(10 -:- 15) млн К, в полном энерговыделении начинает преобладать др. ветвь рр-цикла, отличающаяся от приведённой в табл. 2 заменой реакции 3Не + 3Не на цепочку:
[25J-83.jpg]
а при ещё более высоких Т - третья ветвь:
[25J-84.jpg]
Для звёзд-гигантов с плотными выгоревшими (по содержанию H) ядрами существенны гелиевый и неоновый циклы T. р.; они протекают при значительно более высоких темп-pax и плотностях, чем рр-и CN-циклы. Осн. реакцией гелиевого цикла, идущей, начиная с Г" 200 млн К, является т. н. процесс Солпитера: 34Не -> 12С + y1+ y2 + 7,3 Мэв (процесс не строго тройной, а двухступенчатый, идущий через промежуточное ядро 8Ве). Далее могут следовать реакции 12С +4Не -> 16О + у, 16О + 4He->20Ne + + "у; в этом состоит один из механизмов нуклеогенеза. Возможность процесса Солпитера, а тем самым и нуклеогенеза большинства элементов (предпосылка возникновения всех форм жизни!) связана с таким случайным обстоятельством, как большая "острота" резонанса в ядерной реакции 34Не->12С, обеспечиваемая наличием подходящего дискретного уровня энергии у ядра 8Ве.
Если продукты реакций гелиевого цикла вступят в контакт с H, то осуществляется неоновый (Ne-Na) цикл, в к-ром ядро 20Ne играет роль катализатора для процесса сгорания H в Не. Последовательность реакций здесь вполне аналогична CN-цнклу (табл. 3), только ядра 12С, 13N, 13C, 14N, I5O, 13N заменяются соответственно ядрами 20Ne, 21Na, 21Ne, "Na, 23Na, 23Mg. Мощность этого цикла как источника энергии невелика. Однако он, по-видимому, имеет большое значение для нуклеогенеза, т. к. одно из промежуточных ядер цикла (21Ne) может служить источником нейтронов: 21Ne + + 4He->2'iMg + n (аналогичную роль может играть и ядро С, участвующее в CN-цикле). Последующий "цепной" захват нейтронов, чередующийся с процессами Р~-распада, является механизмом синтеза всё более тяжёлых ядер.
Средняя интенсивность энерговыделения е в типичных звёздных Т. р. по земным масштабам ничтожна. Так, для Солнца ( в среднем на 1 г солнечной массы) е = 2 эрг/сек г Это гораздо меньше, сек • г напр., скорости энерговыделения в живом организме в процессе обмена веществ. Однако вследствие огромной массы Солнца (2'1033 г) полная излучаемая им мощность (4 -10м вm) чрезвычайно велика (она соответствует ежесекундному ум |
