Водородный цикл

ВОДОРОДНЫЙ ЦИКЛ (протон - протонная цепочка) - последовательность термоядерных реакций в звёздах, приводящая к превращению водорода в гелий без участия катализаторов. В. ц.- осн. источник энергии не очень массивных звёзд на начальных стадиях их существования (см. Эволюция звёзд). Наиболее важные реакции В. ц.:

или

В. ц. начинается реакцией столкновения двух протонов (¹H, или р) с образованием ядра дейтерия (²D). Дейтерий реагирует с протоном, образуя лёгкий изотоп гелия ³Не с испусканием гамма-фотона (g). ³Не может реагировать двумя различными путями: два ядра ³Не при столкновении образуют ⁴Не с отщеплением двух протонов либо ³Не соединяется с ⁴Не и даёт ⁷Ве. Последний в свою очередь захватывает либо электрон (е^-), либо протон и возникает ещё одно разветвление протон - протонной цепочки реакций. В результате В. ц. может заканчиваться тремя различными путями I, II и III. Для реализации ветви I первые две реакции В. ц. должны осуществиться дважды, поскольку в этом случае исчезают сразу два ядра ³Не. В ветви III испускаются особенно энергичные нейтрино при распаде ядра бора ⁸В с образованием неустойчивого ядра бериллия в возбуждённом состоянии (⁸Ве*), к-рое почти мгновенно распадается на два ядра ⁴Не.

В табл. приведены осн. параметры реакций В. ц.: Q - полное энерговыделение-, t - характерное время протекания реакций, энергия испускаемых нейтрино e_v и её среднее и макс. e_v,макс значения в случае, когда нейтрино испускаются в интервале энергий 0 < e_v < e_v,макс, а также концентрации по массе (X) участвующих в В. ц. промежуточных атомных ядер. Величины t и X рассчитаны для физ. условий, близких к ожидаемым в центре Солнца: при темп-ре 1,5^.10⁷К, плотности 100 г/см³ и равных концентрациях водорода и гелия по массе Х_H = Х_Не = 0,5. Скорости промежуточных реакций очень велики по сравнению со скоростью первой реакции В. ц. Поэтому ²D, ³He, ⁷Be, ⁷Li и ⁸В не накапливаются в сколько-нибудь заметных количествах. Примерно в 70% всех случаев В. ц. заканчивается ветвью I, в 30% - ветвью II, а на долю ветви III приходится менее 0,1% случаев. В последней строке табл. приведён итог В. ц.: каждая ветвь заканчивается образованием ядра ⁴Нe из четырёх протонов с испусканием двух нейтрино. При этом выделяется энергия 26,73 МэВ, из к-рой в среднем ок. 0,6 МэВ уносят нейтрино.

Реакция	Q, Мэв	t, лет	ev, Мэв; X
1H(p, e+ v)2D	1,44	8,2.109	= 0,26; ev,макс = 0,42
2D(p, g)3He	5,49	4,4.10-8	X(2D) = 2,7.10-18
3He(3He, 2p) 4He	12,86	2,4.105	X(3He) = 1,6.10-5
3He(4He, g)7Be	1,59	9,5.105	X(7Be) = 1,2.10-11
7Be(e-, g)7Li	0,862	0,30	ev = 0,862(90%), 0,383(10%);
7Li(p, 4He) 4He	17,348	3,8.10-5	X(7Li) = 1,5.10-15
7Be(p, g) 8B	0,137	1,0.102	X(8B) = 4.10-21
8B(e+ v)Be*	15,08	3,0.10-8	; ev,макс = 14,06
	2,99
	26,73