Образование химических элементов в космических телах 1 | страница 59

В настоящее время ученые всех стран мира работают над проблемой осуществления управляемых термоядерных реакций. Некоторые успехи в этой области уже получены в Советском Союзе, США и Англии.

После решения этой проблемы человечество получит огромнейшие запасы внутриядерной энергии, которые полностью обеспечат его потребности в энергетических ресурсах на многие тысячелетия. Можно с уверенностью сказать, что в недалеком будущем люди создадут «свое солнце» на Земле.

Углеродно-азотный цикл термоядерных реакций был впервые предложен Г. Бете в 1939 г.

Рис. 33 Схема ядерных превращений углеродно-азотного цикла.

Этот цикл предусматривает наличие углерода внутри звезд. Полная схема ядерных превращений приведена на рис. 33, а некоторые характеристики — в табл. 10. При наличии углерода и значительно более высоких температурах, чем при протон-протонном цикле, в недрах некоторых звезд может происходить реакция присоединения протона к ядру углерода с образованием изотопа азота N13:

1. С^>12 + Н^>1→ Ν^>13 + γ.

Продолжительность этой реакции 13 млн. лет. Ядро Ν^>13 неустойчиво, период его полураспада около 10 мин. Испуская позитрон, оно превращается в стабильный изотоп углерода С^>13:

2. N^>13 → C^>13 + e^>+ + ν.

Вследствие присоединения протона ядро С^>13 превращается в ядро азота Ν^>14, изотопа, который составляет основное количество азота в атмосфере Земли:

3. С^>13 + Η^>1 → Ν^>14 + γ.

Продолжительность этой реакции составляет 2,7 млн. лет. Примерно через каждые 320 млн. лет ядро Ν^>14 захватывает протон и превращается в ядро радиоакивного изотопа кислорода О^>15:

4. Ν^>14 + Н^>1 → О^>15 + γ.

Это ядро кислорода неустойчиво (период полураспада мин). Оно превращается путем позитронного распада. стабильный изотоп азота N^>15:

5. О^>15 → N^>15 + е^>+ ν.

Цикл завершается тем, что N^>15 захватывает протон и распадается на ядро С^>12 (ядро, с которого начинается цикл реакций) и ядро гелия:

6. N^>15 + Н^>1 → С^>12 + Не^>4.

Таким образом, мы имеем циклическую реакцию, протекающую примерно за 337 млн. лет, в которой изо-гоп углерода С^>12 является как бы катализатором, подобно катализаторам в обычных химических реакциях.

Многие реакции углеродно-азотного цикла исследованы в лабораторных условиях. Лучше других изучены реакции С^>12(ρ, γ)Ν^>13 и Ν^>ι4(ρ, γ)0^>15. На рис. 34 приведены полученные В. Фаулером и другими зависимости сечения этих реакций от энергии протонов. Видно, что их сечения быстро увеличиваются с ростом энергии протонов. Например, сечение реакции С^>12