www.wikidata.uk-ua.nina.az

Нейтронізація процес захоплення електронів ядрами при високій густині в надрах зір на завершальних етапах їхньої еволюці

Нейтронізація

Нейтронізація — процес захоплення електронів ядрами при високій густині в надрах зір на завершальних етапах їхньої еволюції. Нейтронізація відіграє ключову роль в утворенні нейтронних зір і спалахах наднових.

Ядерні процеси
Радіоактивний розпад

Нуклеосинтез

На початкових стадіях зоряної еволюції вміст гелію в зорі становить ~25 % (така концентрація гелію в міжзоряному середовищі — результат первинного нуклеосинтезу), тобто відношення нейтронів до протонів становить 1:6. На кінцевих стадіях еволюції речовина зорі може практично повністю складатися з нейтронів (нейтронні зорі).

Механізм нейтронізації Редагувати

Зворотний бета-розпад Редагувати

У ході еволюції густина речовини в надрах зір збільшується, при зростанні густини виникає ситуація виродження електронного газу, при цьому внаслідок принципу Паулі електрони набувають релятивістських швидкостей (коли густина г/см 3). Починаючи з деякого критичного значення енергії електрона починаються процеси захоплення електронів ядрами, зворотні -розпаду:

Умовою захоплення електрона ядром (A, Z) (А масове число, Z порядковий номер елемента) при нейтронізації є перевищення енергією Фермі електрона енергетичного ефекту -розпаду  :

де  — енергія зв'язку ядра , і МеВ — енергія бета-розпаду нейтрону.

Нейтронізація стає енергетично вигідним процесом. При кожному захопленні електрона енергії різниця виноситься нейтрино, що утворюється в процесі, для якого товща зорі є прозорою (один із механізмів нейтринного охолодження), -розпад радіоактивних ядер, що утворюються, заборонений принципом Паулі, оскільки електрони вироджені й усі можливі стани нижчої енергії вже зайняті, а енергії електронів у бета-розпадах не перевищують При великих енергіях Фермі такі ядра (зазвичай, нестабільні) стають стійкими.

Оскільки визначальним фактором є енергетичний ефект -розпаду , то нейтронізація — пороговий процес і для різних елементів відбувається за різних енергій електронів (див. таблицю).

Порогові параметри нейтронізації деяких ядер
Перша реакція
нейтронізації 		Пороговя
энергія

, МэВ 		Порогова
щільність

, г/см3		 Пороговий
тиск

, Н/м2 		Друга реакція
нейтронізації 		, МэВ
0,783 1,22× 107 3,05× 1023
0,0186 2,95× 104 1,41× 1019 9,26
20,6 1,37× 1011 3,49× 1028 9,26
13,4 3,90× 1010 6,51× 1027 11,6
10,4 1,90× 1010 2,50× 1027 8,01
7,03 6,22× 109 5,61× 1026 3,82
5,52 3,17× 109 2,28× 1026 2,47
4,64 1,96× 109 1,20× 1026 1,83
1,31 7,79× 107 1,93× 1024 7,51
3,70 1,15× 109 5,29× 1025 1,64

Результатом такої нейтронізації є зменшення концентрації електронів та заряду ядер за збереження концентрації нуклонів.

Навколоядерні щільності: випаровування нейтронів з ядер Редагувати

При «надзбагаченні» ядер нейтронами енергія зв'язку нуклонів падає, зрештою для таких ядер енергія зв'язку стає нульовою, що визначає межу існування нейтронно-надлишкових ядер. У такій ситуації подальше зростання щільності, що веде до захоплення електрона ядром, призводить до викиду з ядра одного або кількох нейтронів (при г/см 3):

У результаті при постійному тиску встановлюється обмінна рівновага між ядрами й вільним нейтронним газом, в межах краплинної моделі ядра така система розглядається як двофазна — що складається з ядерної рідини та нейтронного газу, енергія Фермі нуклонів обох фаз у рівноважному стані однакова. Точний вид діаграми стану такої системи залишається предметом досліджень, проте при г/см 3 відбувається фазовий перехід першого роду однорідної ядерної матерії.

Щільності, що перевищують ядерні Редагувати

Для надвисоких щільностей обмежуючим фактором є критерій Зельдовича: швидкість звуку у такому щільному середовищі не повинна перевищувати швидкість світла , що накладає обмеження рівняння стану:

Важливість цього обмеження полягає в тому, що воно дійсне для будь-яких великих щільностей, про властивості ядерних взаємодій для яких відомо вкрай мало.

Нейтронізація та стійкість зір Редагувати

При нейтронізації речовини зменшується концентрація електронів при збереженні концентрації баріонів і відповідно зменшується її пружність: для виродженого електронного газу тиск , але при нейтронізації через падіння об'ємної щільності електронів падає й тиск, додатковий внесок вносять і релятивістські ефекти, що призводить до іншої залежності тиску від щільності: [джерело?][сумнівно — обговорити].

Результатом стає втрата зорею гідростатичної рівноваги — нейтронізоване ядро зорі стискається, і хоча температура в ньому зростає, але, на відміну від звичайних зір, тиск газу, що протидіє стисканню, майже не залежить від температури. Зростанню температури, яке могло б призвести до зняття виродження за такої густини, перешкоджають процеси нейтринного охолодження. Швидкість такого об'ємного нейтринного охолодження, на відміну класичного поверхневого фотонного охолодження, не обмежена процесами перенесення енергії з надр зорі до її фотосфери — і, отже, нейтринна світність зорі на стадії швидкої нейтронізації при колапсі переважає порівняно з фотонною світністю.

Такий нейтринний спалах був зафіксований для наднової SN 1987A у Великій Магеллановій Хмарі (відстань ~50 кілопарсек).

Література Редагувати

Вікіпедія, Українська, Україна, книга, книги, бібліотека, стаття, читати, завантажити, безкоштовно, безкоштовно завантажити, mp3, відео, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, малюнок, музика, пісня, фільм, книга, гра, ігри
Дата публікації:
Nejtronizaciya proces zahoplennya elektroniv yadrami pri visokij gustini v nadrah zir na zavershalnih etapah yihnoyi evolyuciyi Nejtronizaciya vidigraye klyuchovu rol v utvorenni nejtronnih zir i spalahah nadnovih Yaderni procesiRadioaktivnij rozpad Alfa rozpad Beta rozpad Klasternij rozpad Podvijnij beta rozpad Elektronnij zahvat Podvijnij elektronnij zahvat Gamma viprominyuvannya Vnutrishnya konversiya Izomernij perehid Nejtronnij rozpad Pozitronnij rozpad Protonnij rozpad Spontannij podilNukleosintez Termoyaderna reakciya Proton protonnij lancyuzhok CNO cikl Potrijna alfa reakciya Spalah geliyevogo yadra Yaderne gorinnya vuglecyu Vugleceva detonaciya Yaderne gorinnya neonu Yaderne gorinnya kremniyu Zahoplennya nejtrona r proces s proces Zahoplennya protona p proces rp proces Nejtronizaciya Reakciyi skolyuvannyaNa pochatkovih stadiyah zoryanoyi evolyuciyi vmist geliyu v zori stanovit 25 taka koncentraciya geliyu v mizhzoryanomu seredovishi rezultat pervinnogo nukleosintezu tobto vidnoshennya nejtroniv do protoniv stanovit 1 6 Na kincevih stadiyah evolyuciyi rechovina zori mozhe praktichno povnistyu skladatisya z nejtroniv nejtronni zori Zmist 1 Mehanizm nejtronizaciyi 1 1 Zvorotnij beta rozpad 1 2 Navkoloyaderni shilnosti viparovuvannya nejtroniv z yader 1 3 Shilnosti sho perevishuyut yaderni 2 Nejtronizaciya ta stijkist zir 3 LiteraturaMehanizm nejtronizaciyi RedaguvatiZvorotnij beta rozpad Redaguvati U hodi evolyuciyi gustina rechovini v nadrah zir zbilshuyetsya pri zrostanni gustini vinikaye situaciya virodzhennya elektronnogo gazu pri comu vnaslidok principu Pauli elektroni nabuvayut relyativistskih shvidkostej koli gustina r gt 10 6 displaystyle rho gt 10 6 nbsp g sm 3 Pochinayuchi z deyakogo kritichnogo znachennya energiyi elektrona e c displaystyle varepsilon c nbsp pochinayutsya procesi zahoplennya elektroniv yadrami zvorotni b displaystyle beta nbsp rozpadu A Z e A Z 1 n displaystyle A Z rm e to A Z 1 nu nbsp Umovoyu zahoplennya elektrona yadrom A Z A masove chislo Z poryadkovij nomer elementa pri nejtronizaciyi ye perevishennya energiyeyu Fermi e F displaystyle varepsilon text F nbsp elektrona energetichnogo efektu b displaystyle beta nbsp rozpadu e c displaystyle varepsilon c nbsp e F gt e c Q A Z Q A Z 1 Q n displaystyle varepsilon text F gt varepsilon c Q A Z Q A Z 1 Q n nbsp de Q A Z displaystyle Q A Z nbsp energiya zv yazku yadra A Z displaystyle A Z nbsp i Q n m n m p m e c 2 0 782 5 displaystyle Q n m n m p m e cdot c 2 0 7825 nbsp MeV energiya beta rozpadu nejtronu Nejtronizaciya staye energetichno vigidnim procesom Pri kozhnomu zahoplenni elektrona energiyi e e displaystyle varepsilon e nbsp riznicya e e e c displaystyle varepsilon e varepsilon c nbsp vinositsya nejtrino sho utvoryuyetsya v procesi dlya yakogo tovsha zori ye prozoroyu odin iz mehanizmiv nejtrinnogo oholodzhennya b displaystyle beta nbsp rozpad radioaktivnih yader sho utvoryuyutsya zaboronenij principom Pauli oskilki elektroni virodzheni j usi mozhlivi stani nizhchoyi energiyi e F displaystyle varepsilon F nbsp vzhe zajnyati a energiyi elektroniv u beta rozpadah ne perevishuyut e c displaystyle varepsilon c nbsp Pri velikih energiyah Fermi taki yadra zazvichaj nestabilni stayut stijkimi Oskilki viznachalnim faktorom ye energetichnij efekt b displaystyle beta nbsp rozpadu e c displaystyle varepsilon c nbsp to nejtronizaciya porogovij proces i dlya riznih elementiv vidbuvayetsya za riznih energij elektroniv div tablicyu Porogovi parametri nejtronizaciyi deyakih yader Persha reakciyanejtronizaciyi Porogovya energiya e c 1 displaystyle varepsilon c1 nbsp MeV Porogovashilnist r c 1 displaystyle rho c1 nbsp g sm3 Porogovij tisk P c 1 displaystyle P c1 nbsp N m2 Druga reakciya nejtronizaciyi e c 2 displaystyle varepsilon c2 nbsp MeVH 1 n displaystyle ce 1H gt n nbsp 0 783 1 22 107 3 05 1023He 3 T displaystyle ce 3He gt T nbsp 0 0186 2 95 104 1 41 1019 T 3 n displaystyle ce T gt 3 n nbsp 9 26He 4 T n displaystyle ce 4He gt T n nbsp 20 6 1 37 1011 3 49 1028 T 3 n displaystyle ce T gt 3 n nbsp 9 26C 12 B 12 displaystyle ce 12C gt 12B nbsp 13 4 3 90 1010 6 51 1027 B 12 Be 12 displaystyle ce 12B gt 12Be nbsp 11 6O 16 N 16 displaystyle ce 16O gt 16N nbsp 10 4 1 90 1010 2 50 1027 N 16 C 16 displaystyle ce 16N gt 16C nbsp 8 01Ne 20 F 20 displaystyle ce 20Ne gt 20F nbsp 7 03 6 22 109 5 61 1026 F 20 O 20 displaystyle ce 20F gt 20O nbsp 3 82Mg 24 Na 24 displaystyle ce 24Mg gt 24Na nbsp 5 52 3 17 109 2 28 1026 Na 24 Ne 24 displaystyle ce 24Na gt 24Ne nbsp 2 47Si 28 Al 28 displaystyle ce 28Si gt 28Al nbsp 4 64 1 96 109 1 20 1026 Al 28 Mg 28 displaystyle ce 28Al gt 28Mg nbsp 1 83Ca 40 K 40 displaystyle ce 40Ca gt 40K nbsp 1 31 7 79 107 1 93 1024 K 40 Ar 40 displaystyle ce 40K gt 40Ar nbsp 7 51Fe 56 Mn 56 displaystyle ce 56Fe gt 56Mn nbsp 3 70 1 15 109 5 29 1025 Mn 56 Cr 56 displaystyle ce 56Mn gt 56Cr nbsp 1 64Rezultatom takoyi nejtronizaciyi ye zmenshennya koncentraciyi elektroniv ta zaryadu yader za zberezhennya koncentraciyi nukloniv Navkoloyaderni shilnosti viparovuvannya nejtroniv z yader Redaguvati Pri nadzbagachenni yader nejtronami energiya zv yazku nukloniv padaye zreshtoyu dlya takih yader energiya zv yazku staye nulovoyu sho viznachaye mezhu isnuvannya nejtronno nadlishkovih yader U takij situaciyi podalshe zrostannya shilnosti sho vede do zahoplennya elektrona yadrom prizvodit do vikidu z yadra odnogo abo kilkoh nejtroniv pri r 4 10 11 displaystyle rho sim 4 cdot 10 11 nbsp g sm 3 A Z e A k Z 1 k n n displaystyle A Z rm e to A k Z 1 kn nu nbsp U rezultati pri postijnomu tisku vstanovlyuyetsya obminna rivnovaga mizh yadrami j vilnim nejtronnim gazom v mezhah kraplinnoyi modeli yadra taka sistema rozglyadayetsya yak dvofazna sho skladayetsya z yadernoyi ridini ta nejtronnogo gazu energiya Fermi nukloniv oboh faz u rivnovazhnomu stani odnakova Tochnij vid diagrami stanu takoyi sistemi zalishayetsya predmetom doslidzhen prote pri r 2 10 14 displaystyle rho sim 2 cdot 10 14 nbsp g sm 3 vidbuvayetsya fazovij perehid pershogo rodu odnoridnoyi yadernoyi materiyi Shilnosti sho perevishuyut yaderni Redaguvati Dlya nadvisokih shilnostej obmezhuyuchim faktorom ye kriterij Zeldovicha shvidkist zvuku v s displaystyle v s nbsp u takomu shilnomu seredovishi ne povinna perevishuvati shvidkist svitla c displaystyle c nbsp sho nakladaye obmezhennya rivnyannya stanu P e r c 2 displaystyle P leqslant varepsilon rho c 2 nbsp Vazhlivist cogo obmezhennya polyagaye v tomu sho vono dijsne dlya bud yakih velikih shilnostej pro vlastivosti yadernih vzayemodij dlya yakih vidomo vkraj malo Nejtronizaciya ta stijkist zir RedaguvatiPri nejtronizaciyi rechovini zmenshuyetsya koncentraciya elektroniv pri zberezhenni koncentraciyi barioniv i vidpovidno zmenshuyetsya yiyi pruzhnist dlya virodzhenogo elektronnogo gazu tisk P K r 5 3 displaystyle P K rho 5 3 nbsp ale pri nejtronizaciyi cherez padinnya ob yemnoyi shilnosti elektroniv padaye j tisk dodatkovij vnesok vnosyat i relyativistski efekti sho prizvodit do inshoyi zalezhnosti tisku vid shilnosti P K r 4 3 displaystyle P K rho 4 3 nbsp dzherelo sumnivno obgovoriti Rezultatom staye vtrata zoreyu gidrostatichnoyi rivnovagi nejtronizovane yadro zori stiskayetsya i hocha temperatura v nomu zrostaye ale na vidminu vid zvichajnih zir tisk gazu sho protidiye stiskannyu majzhe ne zalezhit vid temperaturi Zrostannyu temperaturi yake moglo b prizvesti do znyattya virodzhennya za takoyi gustini pereshkodzhayut procesi nejtrinnogo oholodzhennya Shvidkist takogo ob yemnogo nejtrinnogo oholodzhennya na vidminu klasichnogo poverhnevogo fotonnogo oholodzhennya ne obmezhena procesami perenesennya energiyi z nadr zori do yiyi fotosferi i otzhe nejtrinna svitnist zori na stadiyi shvidkoyi nejtronizaciyi pri kolapsi perevazhaye porivnyano z fotonnoyu svitnistyu Takij nejtrinnij spalah buv zafiksovanij dlya nadnovoyi SN 1987A u Velikij Magellanovij Hmari vidstan 50 kiloparsek Literatura RedaguvatiNejtronizaciya Nadezhin D K Fizika kosmosa Malenkaya enciklopediya Redkol R A Syunyaev Gl red i dr 2 e izd M Velika rosijska enciklopediya 1986 S 431 433 783 s 70 000 ekz Zeldovich Ya B Blinnikov S I Shakura N I ru Nejtronizaciya M Izdatelstvo MGU 1981 159 s 2320 prim Bisnovatyj Kogan G S Veshestvo pri ochen bolshih plotnostyah nejtronizaciya vzaimodejstvie chastic M Nauka 1989 487 s ISBN 5 02 014062 7 Shapiro S Tyukolski S Chernye dyry belye karliki i nejtronnye zvezdy Per s angl M Mir 1985 T 1 2 Otrimano z https uk wikipedia org w index php title Nejtronizaciya amp oldid 39559076