www.wikidata.uk-ua.nina.az

Вуглецево азотний цикл Вуглеце во азо тний цикл ланцюжок термоядерних реакцій за участі ядер вуглецю азоту кисню та фтор

Вуглецево-азотний цикл

Вуглеце́во-азо́тний цикл — ланцюжок термоядерних реакцій за участі ядер вуглецю, азоту, кисню та фтору, унаслідок яких водень перетворюється на гелій та виділяється енергія. Розгалужений процес складається з чотирьох основних гілок, які переплетені між собою. У виділенні енергії головну роль відіграє найвідоміша перша гілка, інші гілки важливі для пояснення зоряного нуклеосинтезу.

Схематичне зображення циклу Бете-Вейцзекера

У циклі беруть участь усі стабільні ізотопи C, N, O, F та декілька нестабільних ізотопів цих елементів. Тому в сучасній астрономічній літературі його часто називають CNO-циклом (ізотопи фтору мають дуже низьку концентрацію і їх внесок дуже незначний).

Основні гілки процесу Редагувати

CNO-I Редагувати

Перша гілка складається з таких реакцій:

  • 12C + 1H → 13N + γ + 1,94 МеВ (360 років)
  • 13N → 13C + e+ + νe + 1,37 МеВ (7 хвилин)
  • 13C + 1H → 14N + γ + 7,55 МеВ (100 років)
  • 14N + 1H → 15O + γ + 7,29 МеВ (25 тис. років)
  • 15O → 15N + e+ + νe + 2,76 МеВ (82 секунди)
  • 15N + 1H → 12C + 4He + 4,96 МеВ (0,93 року)

Цю гілку іноді називають циклом Бете — Вейцзекера або просто циклом Бете, оскільки її запропонували 1938 року Ганс Бете і (незалежно) Карл Вайцзекер як джерело енергії звичайних зір із температурою в центральній частині близько 20 млн K.

За таких умов найповільнішою є реакція 14N + 1H → 15O + γ. Саме вона визначає інтенсивність енерговиділення та переробки протонів.

Остання реакція (протона з ядром 15N) зрідка завершується утворенням ядра 16O (приблизно одна реакція радіаційного захоплення протона на тисячу реакцій з утворенням альфа-частинки). Утворення такого ядра призводить до появи другої та третьої гілки. У скороченому вигляді їх можна записати так:

CNO-II Редагувати

(14N + 1H → 15O + γ) (15O → 15N + e+ + νe) (15N + 1H → 16O + γ) (16O + 1H → 17F + γ) (17F → 17O + e+ + νe) (17O + 1H → 14N + 4He)

CNO-III Редагувати

(15N + 1H → 16O + γ) (16O + 1H → 17F + γ) (17F → 17O + e+ + νe) (17O + 1H → 18F + γ) (18F → 18O + e+ + νe) (18O + 1H → 15N + 4He)

Швидкість перебігу реакцій другої та третьої гілки приблизно однакова, вона визначається найповільнішою (за температури близько 20 млн К) ланкою: 17O + 1H.

Ще одна гілка виникає внаслідок розгалуження в останній реакції третьої гілки: замість (18O + 1H → 15N + 4He) зрідка відбувається реакція (18O + 1H → 19F + γ); такий варіант щонайменше на три порядки рідший, ніж основний.

CNO-IV Редагувати

У скороченому вигляді гілку записують так:

(16O + 1H → 17F + γ) (17F → 17O + e+ + νe) (17O + 1H → 18F + γ) (18F → 18O + e+ + νe) (18O + 1H → 19F + γ) (19F + 1H → 16O + 4He).

Загальний результат Редагувати

Кожна з гілок циклу призводить до перетворення чотирьох протонів (1H) на ядро гелію (4He), два позитрони та нейтрино з виділенням 26,73 МеВ (як і у водневому циклі). Утім, частка енергії, яку виносять нейтрино (близько 1,7 МеВ), дещо більша, ніж у реакціях водневого циклу.

Водночас протони беруть участь у реакціях водневого циклу, але швидкість протонних реакцій вуглецево-азотного циклу залежить від температури набагато сильніше, ніж відповідних реакцій водневого циклу. Тому вуглецево-азотний цикл є переважним джерелом енергії для зір, температура в ядрі яких перевищує 15 млн K. Це зорі з масою понад 1,2М☉.

Хоча друга та третя гілка мають другорядне значення для енерговиділення, однак вони визначають концентрацію ізотопів 17O та 18O, що має суттєве значення для нуклеосинтезу. На пізніших стадіях зоряної еволюції ці ізотопи можуть брати участь у реакціях із виділенням нейтронів.

Четверта гілка попри незначну роль у виділенні енергії (менше мільйонної частки) важлива тим, що пояснює походження 19F. За участю цього ізотопу відбуваються подальші реакції (зокрема, 19F + 1H → 20Ne + γ), але їх імовірність дуже невелика, і нею зазвичай нехтують.

Через деякий час після початку реакцій встановлюється певне співвідношення між концентраціями ізотопів C, N, O, F (воно залежить від температури та густини в надрах зорі), яке надалі залишається практично незмінним. Тому ці ізотопи називають каталізаторами.

«Гарячий» цикл Редагувати

Ланцюжок кожної гілки вуглецево-азотного циклу містить дві реакції бета-розпаду, швидкість яких не залежить від зовнішніх умов. У надрах зір головної послідовності ці реакції є найшвидшими й загальна швидкість енерговиділення визначається перебігом реакцій за участю протонів.

Під час спалахів нових і наднових або на поверхні нейтронних зір реакції вуглецево-азотного циклу відбуваються за температур близько 80 млн K і бета-розпад стає, навпаки, найповільнішою ланкою циклу. Нестійкі ядра не встигають розпадатися й беруть участь у нових ядерних реакціях за участю протонів та альфа-частинок. У цьому випадку кількість гілок циклу значно збільшується й він набуває заплутаного характеру. Такий вуглецево-азотний цикл називають гарячим.

Примітки Редагувати

  1. ↑ Швидкість перебігу реакцій за участі протонів подано для температури 3× 107 К, густини 10 г/см3 та концентрації Гідрогену X=0,5 (за масою), що приблизно відповідає умовам у надрах блакитного гіганта з масою 10M☉ (спектральний клас B).

Джерела Редагувати

  1. ↑ Вуглецево-азотний цикл // Астрономічний енциклопедичний словник / за заг. ред. І. А. Климишина та А. О. Корсунь. — Львів : Голов. астроном. обсерваторія НАН України : Львів. нац. ун-т ім. Івана Франка, 2003. — С. 88. — ISBN 966-613-263-X.
  2. CNO-цикл // Астрономічний енциклопедичний словник / за заг. ред. І. А. Климишина та А. О. Корсунь. — Львів : Голов. астроном. обсерваторія НАН України : Львів. нац. ун-т ім. Івана Франка, 2003. — С. 523. — ISBN 966-613-263-X.
  3. ↑ Д.К. Надежин. Углеродный цикл // Физика космоса : [ ][рос.] : Маленькая энциклопедия / Главный редактор: Р.А. Сюняев ; Редакционная коллегия: Ю.Н. Дрожжин-Лабинский, Я.Б. Зельдович, В.Г. Курт, Р.3. Сагдеев. — Москва : Советская энциклопедия, 1986. — Предисловие к электронной версии 2-го издания энциклопедии «Физика космоса» 6 июля 2004 года.
  4. Бете-Вейцзекера цикл // Астрономічний енциклопедичний словник / за заг. ред. І. А. Климишина та А. О. Корсунь. — Львів : Голов. астроном. обсерваторія НАН України : Львів. нац. ун-т ім. Івана Франка, 2003. — С. 53. — ISBN 966-613-263-X.
  5. H. A. Bethe (received 7 вересня 1938). . Physical Review №55 (5). Архів оригіналу за 27 вересня 2011. Процитовано 15 січня 2009.  (англ.)
  6. C. F. von Weizsäcker. Physik. Zeitschr. №39 (1938) 633
  7. БЕТЕ ЦИКЛ // Українська радянська енциклопедія : у 12 т. / гол. ред. М. П. Бажан ; редкол.: О. К. Антонов та ін. — 2-ге вид. — К. : Головна редакція УРЕ, 1977. — Т. 1 : А — Борона. — 542, [2] с., [38] арк. іл. : іл., табл., портр., карти с.

Література Редагувати

  1. Icko Iben, Jr (1967). Stellar Evolution Within and off the Main Sequence». Annual Review of Astronomy and Astrophysics 5. с. 571. Bibcode:1967ARA%26A...5..571I. doi:10.1146/annurev.aa.05.090167.003035.  (англ.)
  2. Kenneth S. Krane (November 1987). Introductory Nuclear Physics (вид. 3rd Edition). New York: Wiley. с. 864. ISBN 978-0-471-80553-3.  (англ.)


Це незавершена стаття з фізики.
Ви можете допомогти проєкту, виправивши або дописавши її.
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:
Vuglece vo azo tnij cikl lancyuzhok termoyadernih reakcij za uchasti yader vuglecyu azotu kisnyu ta ftoru unaslidok yakih voden peretvoryuyetsya na gelij ta vidilyayetsya energiya 1 Rozgaluzhenij proces skladayetsya z chotiroh osnovnih gilok yaki perepleteni mizh soboyu U vidilenni energiyi golovnu rol vidigraye najvidomisha persha gilka inshi gilki vazhlivi dlya poyasnennya zoryanogo nukleosintezu 1 Shematichne zobrazhennya ciklu Bete VejczekeraU cikli berut uchast usi stabilni izotopi C N O F ta dekilka nestabilnih izotopiv cih elementiv Tomu v suchasnij astronomichnij literaturi jogo chasto nazivayut CNO ciklom 2 izotopi ftoru mayut duzhe nizku koncentraciyu i yih vnesok duzhe neznachnij 3 Zmist 1 Osnovni gilki procesu 1 1 CNO I 1 2 CNO II 1 3 CNO III 1 4 CNO IV 2 Zagalnij rezultat 3 Garyachij cikl 4 Primitki 5 Dzherela 6 LiteraturaOsnovni gilki procesu RedaguvatiCNO I Redaguvati Persha gilka skladayetsya z takih reakcij 3 12C 1H 13N g 1 94 MeV 360 rokiv Prim 1 13N 13C e ne 1 37 MeV 7 hvilin 13C 1H 14N g 7 55 MeV 100 rokiv Prim 1 14N 1H 15O g 7 29 MeV 25 tis rokiv Prim 1 15O 15N e ne 2 76 MeV 82 sekundi 15N 1H 12C 4He 4 96 MeV 0 93 roku Prim 1 Cyu gilku inodi nazivayut ciklom Bete Vejczekera 4 abo prosto ciklom Bete oskilki yiyi zaproponuvali 1938 roku Gans Bete 5 i nezalezhno Karl Vajczeker 6 yak dzherelo energiyi zvichajnih zir iz temperaturoyu v centralnij chastini blizko 20 mln K 7 Za takih umov najpovilnishoyu ye reakciya 14N 1H 15O g Same vona viznachaye intensivnist energovidilennya ta pererobki protoniv Ostannya reakciya protona z yadrom 15N zridka zavershuyetsya utvorennyam yadra 16O priblizno odna reakciya radiacijnogo zahoplennya protona na tisyachu reakcij z utvorennyam alfa chastinki Utvorennya takogo yadra prizvodit do poyavi drugoyi ta tretoyi gilki U skorochenomu viglyadi yih mozhna zapisati tak 3 CNO II Redaguvati 14N 1H 15O g 15O 15N e ne 15N 1H 16O g 16O 1H 17F g 17F 17O e ne 17O 1H 14N 4He CNO III Redaguvati 15N 1H 16O g 16O 1H 17F g 17F 17O e ne 17O 1H 18F g 18F 18O e ne 18O 1H 15N 4He Shvidkist perebigu reakcij drugoyi ta tretoyi gilki priblizno odnakova vona viznachayetsya najpovilnishoyu za temperaturi blizko 20 mln K lankoyu 17O 1H She odna gilka vinikaye vnaslidok rozgaluzhennya v ostannij reakciyi tretoyi gilki zamist 18O 1H 15N 4He zridka vidbuvayetsya reakciya 18O 1H 19F g takij variant shonajmenshe na tri poryadki ridshij nizh osnovnij 3 CNO IV Redaguvati U skorochenomu viglyadi gilku zapisuyut tak 3 16O 1H 17F g 17F 17O e ne 17O 1H 18F g 18F 18O e ne 18O 1H 19F g 19F 1H 16O 4He Zagalnij rezultat RedaguvatiKozhna z gilok ciklu prizvodit do peretvorennya chotiroh protoniv 1H na yadro geliyu 4He dva pozitroni ta nejtrino z vidilennyam 26 73 MeV yak i u vodnevomu cikli Utim chastka energiyi yaku vinosyat nejtrino blizko 1 7 MeV desho bilsha nizh u reakciyah vodnevogo ciklu Vodnochas protoni berut uchast u reakciyah vodnevogo ciklu ale shvidkist protonnih reakcij vuglecevo azotnogo ciklu zalezhit vid temperaturi nabagato silnishe nizh vidpovidnih reakcij vodnevogo ciklu Tomu vuglecevo azotnij cikl ye perevazhnim dzherelom energiyi dlya zir temperatura v yadri yakih perevishuye 15 mln K Ce zori z masoyu ponad 1 2M 1 Hocha druga ta tretya gilka mayut drugoryadne znachennya dlya energovidilennya odnak voni viznachayut koncentraciyu izotopiv 17O ta 18O sho maye suttyeve znachennya dlya nukleosintezu Na piznishih stadiyah zoryanoyi evolyuciyi ci izotopi mozhut brati uchast u reakciyah iz vidilennyam nejtroniv Chetverta gilka popri neznachnu rol u vidilenni energiyi menshe miljonnoyi chastki vazhliva tim sho poyasnyuye pohodzhennya 19F Za uchastyu cogo izotopu vidbuvayutsya podalshi reakciyi zokrema 19F 1H 20Ne g ale yih imovirnist duzhe nevelika i neyu zazvichaj nehtuyut 3 Cherez deyakij chas pislya pochatku reakcij vstanovlyuyetsya pevne spivvidnoshennya mizh koncentraciyami izotopiv C N O F vono zalezhit vid temperaturi ta gustini v nadrah zori yake nadali zalishayetsya praktichno nezminnim Tomu ci izotopi nazivayut katalizatorami 3 Garyachij cikl RedaguvatiLancyuzhok kozhnoyi gilki vuglecevo azotnogo ciklu mistit dvi reakciyi beta rozpadu shvidkist yakih ne zalezhit vid zovnishnih umov U nadrah zir golovnoyi poslidovnosti ci reakciyi ye najshvidshimi j zagalna shvidkist energovidilennya viznachayetsya perebigom reakcij za uchastyu protoniv Pid chas spalahiv novih i nadnovih abo na poverhni nejtronnih zir reakciyi vuglecevo azotnogo ciklu vidbuvayutsya za temperatur blizko 80 mln K i beta rozpad staye navpaki najpovilnishoyu lankoyu ciklu Nestijki yadra ne vstigayut rozpadatisya j berut uchast u novih yadernih reakciyah za uchastyu protoniv ta alfa chastinok U comu vipadku kilkist gilok ciklu znachno zbilshuyetsya j vin nabuvaye zaplutanogo harakteru Takij vuglecevo azotnij cikl nazivayut garyachim 1 Dokladnishe Garyachij CNO ciklPrimitki Redaguvati a b v g Shvidkist perebigu reakcij za uchasti protoniv podano dlya temperaturi 3 107 K gustini 10 g sm3 ta koncentraciyi Gidrogenu X 0 5 za masoyu sho priblizno vidpovidaye umovam u nadrah blakitnogo giganta z masoyu 10M spektralnij klas B Dzherela Redaguvati a b v g Vuglecevo azotnij cikl Astronomichnij enciklopedichnij slovnik za zag red I A Klimishina ta A O Korsun Lviv Golov astronom observatoriya NAN Ukrayini Lviv nac un t im Ivana Franka 2003 S 88 ISBN 966 613 263 X CNO cikl Astronomichnij enciklopedichnij slovnik za zag red I A Klimishina ta A O Korsun Lviv Golov astronom observatoriya NAN Ukrayini Lviv nac un t im Ivana Franka 2003 S 523 ISBN 966 613 263 X a b v g d e zh D K Nadezhin Uglerodnyj cikl Fizika kosmosa ros Malenkaya enciklopediya Glavnyj redaktor R A Syunyaev Redakcionnaya kollegiya Yu N Drozhzhin Labinskij Ya B Zeldovich V G Kurt R 3 Sagdeev Moskva Sovetskaya enciklopediya 1986 Predislovie k elektronnoj versii 2 go izdaniya enciklopedii Fizika kosmosa 6 iyulya 2004 goda Bete Vejczekera cikl Astronomichnij enciklopedichnij slovnik za zag red I A Klimishina ta A O Korsun Lviv Golov astronom observatoriya NAN Ukrayini Lviv nac un t im Ivana Franka 2003 S 53 ISBN 966 613 263 X H A Bethe received 7 veresnya 1938 Energy Production in Stars Physical Review 55 5 Arhiv originalu za 27 veresnya 2011 Procitovano 15 sichnya 2009 angl C F von Weizsacker Physik Zeitschr 39 1938 633 BETE CIKL Ukrayinska radyanska enciklopediya u 12 t gol red M P Bazhan redkol O K Antonov ta in 2 ge vid K Golovna redakciya URE 1977 T 1 A Borona 542 2 s 38 ark il il tabl portr karti s Literatura RedaguvatiIcko Iben Jr 1967 Stellar Evolution Within and off the Main Sequence Annual Review of Astronomy and Astrophysics 5 s 571 Bibcode 1967ARA 26A 5 571I doi 10 1146 annurev aa 05 090167 003035 Propushenij abo porozhnij url dovidka angl Kenneth S Krane November 1987 Introductory Nuclear Physics vid 3rd Edition New York Wiley s 864 ISBN 978 0 471 80553 3 angl nbsp Ce nezavershena stattya z fiziki Vi mozhete dopomogti proyektu vipravivshi abo dopisavshi yiyi Otrimano z https uk wikipedia org w index php title Vuglecevo azotnij cikl amp oldid 34766207