Образование химических элементов в космических телах 1 | страница 57

Реакции, протекающие в звездах и приводящие к синтезу гелия из ядер водорода, «нагретых» в результате теплового движения, называются термоядерными.

В момент возникновения процесса синтеза ядер гелия звезда однородна по своему химическому составу. До вследствие того, что температура в ее центре в тысячи раз больше, чем на поверхности, ядерные процессы начинаются только в центре звезды. В настоящее время известно два механизма термоядерных реакций. Они получили название протон-протонного и углеродно-азотного циклов.

Протон-протонный цикл состоит из нескольких последовательных ядерных превращений. Они в зависимости от высоты потенциального барьера, вероятности туннельного эффекта, величины сечения протекают с различными скоростями, обычно характеризующимися средней продолжительностью, т. е. временем, в течение которого ядро А, столкнувшееся с ядром В, вступит с ним в ядерное взаимодействие. Основные характеристики отдельных реакций протон-протонного цикла приведены в табл. 10. К ним относятся величина энергии, выделяемой в каждой реакции, их сечение и продолжительность. Схематически ядерные реакции протон-протонного цикла изображены на рис. 32.

Вначале происходит слияние двух протонов, что приводит к образованию ядра дейтерия Н^>2 или иначе дейтрона D. Этот процесс сопровождается испусканием позитрона и нейтрино.

Таблица 10

В лабораторных условиях подобные процессы еще никогда не наблюдались, однако теоретически эта реакция поддается расчету, который показывает, что в условиях большинства звезд ее продолжительность составляет 14 млрд, лет и определяет время всего цикла. Сечение ее ничтожно мало.

Рис. 32. Схема ядерных превращений протон-протонного цикла.

Вторая стадия — это превращение образовавшегося дейтерия в ядро Не^>3 с выделением избытка энергии в Еиде гамма-кванта. Эта реакция протекает примерно за 6 сек:

На третьей стадии происходит слияние двух ядер Не^>3 с образованием ядра гелия Не^>4 и двух ядер водорода:

Это тоже довольно медленный процесс, его продолжительность составляет около миллиона лет. Однако он сопровождается выделением наибольшего количества энергии. По мере того как в звездах накапливаются ядра гелия или в том случае, когда в веществе, из которого образовалась звезда, уже содержатся ядра гелия, возможны другие варианты в последней стадии про-тон-протонного цикла.

В варианте А ядро Не^>3 реагирует с ядром Не^>4 с образованием ядра Be^>7. Последний захватывает электрон с образованием Li