Rambler's Top100Astronet    
  po tekstam   po klyuchevym slovam   v glossarii   po saitam   perevod   po katalogu
 

Na pervuyu stranicu
Fizicheskie osnovy stroeniya i evolyucii zvezd

<< 6.4 Evolyuciya zvezd glavnoi ... | Oglavlenie | 6.6 Opredelenie vozrasta skoplenii >>

6.5 Gorenie geliya: 3 alpha-reakciya

Gorenie geliya zatrudneno tem obstoyatel'stvom, chto otsutstvuyut ustoichivye yadra s atomnym vesom $ A=5$ i $ A=8$ (esli by oni sushestvovali, to byli by vozmozhny reakcii $ {}^{4}{\mathrm{He}}+{}^{1}{\mathrm{H}}$ i $ {}^{4}{\mathrm{He}}+{}^{4}{\mathrm{He}}$). Odnako sliyanie treh yader geliya daet ustoichivoe yadro s atomnym vesom 12: $ 3\,{}^{4}{\mathrm{He}}\to {}^{12}{\mathrm{C}}$. Poetomu dal'neishaya evolyuciya zvezdy opredelyaetsya etoi tak nazyvaemoi 3$ \alpha $-reakciei. Yadra $ {}^{8}{\mathrm{Li}}$ i $ {}^{8}{\mathrm{Be}}$ neustoichivy i bystro raspadayutsya. Naprimer,

$\displaystyle {}^{8}{\mathrm{Li}}\to {}^{8}{\mathrm{Be}}+e^-+\nu,
$

$\displaystyle {}^{8}{\mathrm{Be}}\to 2\,{}^{4}{\mathrm{He}}\qquad (\tau\sim 10^{-16}$s$\displaystyle ).
$

Tem ne menee tot fakt, chto yadro $ {}^{8}{\mathrm{Be}}$ hotya i neustoichivo, no vse zhe sushestvuet v techenie vremeni poryadka $ 10^{-16}$s, okazyvaetsya sushestvennym. Veroyatnost' reakcii pri troinom stolknovenii $ \alpha $-chastic s proizvol'nymi energiyami namnogo men'she veroyatnosti togo, chto dve $ \alpha $-chasticy imeyut energiyu kak raz takuyu, chto oni (hotya i nenadolgo) obrazuyut sistemu $ {}^{8}{\mathrm{Be}}$. Takaya sistema -- yadro $ {}^{8}{\mathrm{Be}}$ v podavlyayushem bol'shinstve sluchaev raspadaetsya obratno na dve $ \alpha $-chasticy, no vse zhe izredka proishodit stolknovenie $ {}^{8}{\mathrm{Be}}$ s tretei $ \alpha $-chasticei, privodyashee k obrazovaniyu $ {}^{12}{\mathrm{C}}$. Pri bol'shih temperaturah v termodinamicheskom ravnovesii imeetsya nekotoraya koncentraciya yader $ {}^{8}{\mathrm{Be}}$, opredelyaemaya formuloi Saha:

$\displaystyle [{}^{8}{\mathrm{Be}}]\sim [{}^{4}{\mathrm{He}}]^2e^{-0,3\,\mbox{Mev}/kT}.
$

Stolknovenie yader $ {}^{4}{\mathrm{He}}$ s $ {}^{8}{\mathrm{Be}}$ privodit k obrazovaniyu yadra $ {}^{12}{\mathrm{C}}$. Tak kak veroyatnost' processa proporcional'na proizvedeniyu koncentracii $ {}^{4}{\mathrm{He}}$ i $ {}^{8}{\mathrm{Be}}$

$\displaystyle [{}^{4}{\mathrm{He}}]\;[{}^{8}{\mathrm{Be}}]\sim [{}^{4}{\mathrm{He}}]^3e^{-0,3\,\mbox{MeV}/kT},
$

to skorost' reakcii $ \sim \rho ^3$, esli rasschityvat' ee na edinicu ob'ema, ili $ \rho ^2$ -- na edinicu massy. Odnako ni stolknovenie $ 3\alpha$, ni stolknovenie $ {}^{8}{\mathrm{Be}}$ s $ \alpha $ samo po sebe ne privodit k obrazovaniyu stabil'nogo yadra $ {}^{12}{\mathrm{C}}$, poka sistema ne izbavit'sya ot lishnei energii. Izbytok energii treh pokoyashihsya $ \alpha $-chastic nad energiei $ {}^{12}{\mathrm{C}}$ raven 7,28 MeV, dlya goryachih $ \alpha $-chastic on eshe bol'she. Pri etom energiyu ne mozhet unesti neitron ili proton -- na eto energii ne hvataet, da i poluchilsya by $ {}^{11}{\mathrm{B}}$ ili $ {}^{11}{\mathrm{C}}$, a ne $ {}^{12}{\mathrm{C}}$. Znachit energiyu unosyat fotony ili pary $ e^+, e^-$ (sm. nizhe). Snova veroyatnost' processa uvelichivaetsya, esli sistema dolgo zhivet v dannom sostoyanii , t. e. esli my imeem delo s opredelennym vozbuzhdennym sostoyaniem yadra $ {}^{12}{\mathrm{C}}$, a ne sistemoi, sostoyashei iz 6 protonov i 6 neitronov (ili 3 $ \alpha $-chastic) s proizvol'noi energiei, ne ravnoi energii kakogo-libo vozbuzhdennogo sostoyaniya $ {}^{12}{\mathrm{C}}$.

Ris. 36.Ris. 37.

Yadro $ {}^{12}{\mathrm{C}}$ obladaet bol'shim kolichestvom urovnei (ris. 36). Odin iz urovnei s energiei $ E=7,66$ MeV nahoditsya v rezonanse s tremya yadrami geliya -- $ 3\,{}^{4}{\mathrm{He}}\,$, obladayushimi izbytkom kineticheskoi energii (7,66-6,28=0,38) MeV. Eto vozbuzhdennoe sostoyanie, tak zhe kak i osnovnoe, imeet spin $ s=0$.Poetomu perehod s urovnya 7,66 MeV v osnovnoe sostoyanie $ {}^{12}{\mathrm{C}}$ ne mozhet idti s ispuskaniem odnogo $ \gamma$-kvanta (spin kotorogo raven 1). Naibolee veroyatnym yavlyaetsya perehod s ispuskaniem elektronno-pozitronnoi pary

$\displaystyle {}^{12}{\mathrm{C}}^*\to{}^{12}{\mathrm{C}}+e^++e^-.
$

Snyatie vozbuzhdeniya mozhet proishodit' takzhe s ispuskaniem kvantov cherez promezhutochnyi uroven' $ E=4,43$ MeV. Polnaya veroyatnost' reakcii na edinicu massy proporcional'na $ \rho^2 e^{-\Delta E
/kT}\simeq \rho^2 e^{-4,4/T_9}$. Sravnim kaloriinost' $ 3\alpha$-reakcii s $ pp$-ciklom:

$\displaystyle 4p\to {}^{4}{\mathrm{He}}+26\;$MeV$\displaystyle ,
$

$\displaystyle {}^{4}{\mathrm{He}}\to{1\over 3}\;{}^{12}{\mathrm{C}}+2,4 \;$MeV$\displaystyle ,
$

t.e. vydelenie energii na gramm v $ 3\alpha$-reakcii na poryadok men'she.

Postepenno gelii v centre tozhe vygoraet -- voznikaet gelievyi sloevoi istochnik, a vodorod pri etom prodolzhaet goret' vo vneshnem sloevom istochnike (ris. 37). Na stadii gelievogo sloevogo istochnika sil'no vozrastaet svetimost' zvezdy, uvelichivaetsya ee radius, i na diagramme GR zvezda popadaet v oblast' krasnyh sverhgigantov (ris. 35). V dal'neishem (v dostatochno massivnyh zvezdah) zagoraetsya uglerod. Dolzhno idti obrazovanie bolee tyazhelyh elementov O, Mg, Ne i t. d. vo vse ubystryayushemsya tempe. I nakonec, takaya zvezda dolzhna dostich' sostoyaniya, pri kotorom teryaetsya ee ustoichivost'. Odnako poka ne sushestvuet horoshih raschetov, dovedennyh do konca. Polozhenie del uslozhnyaetsya nalichiem bol'shogo chisla sloevyh istochnikov i yadernyh reakcii, skorosti kotoryh ploho izucheny. Krome togo, voznikayut teplovye neustoichivosti, vspyshki i t.p. Vse eto zatrudnyat provedenie detal'nyh raschetov.

Nizhe my obsudim ryad harakternyh momentov, kotorye voznikayut pri raschetov evolyucii zvezd i imeyut dostatochno prostoe fizicheskoe istolkovanie.



<< 6.4 Evolyuciya zvezd glavnoi ... | Oglavlenie | 6.6 Opredelenie vozrasta skoplenii >>

Publikacii s klyuchevymi slovami: Evolyuciya zvezd - vnutrennee stroenie zvezd - termoyadernye reakcii - fizicheskie processy
Publikacii so slovami: Evolyuciya zvezd - vnutrennee stroenie zvezd - termoyadernye reakcii - fizicheskie processy
Sm. takzhe:
Vse publikacii na tu zhe temu >>

Ocenka: 3.0 [golosov: 120]
 
O reitinge
Versiya dlya pechati Raspechatat'

Astrometriya - Astronomicheskie instrumenty - Astronomicheskoe obrazovanie - Astrofizika - Istoriya astronomii - Kosmonavtika, issledovanie kosmosa - Lyubitel'skaya astronomiya - Planety i Solnechnaya sistema - Solnce


Astronet | Nauchnaya set' | GAISh MGU | Poisk po MGU | O proekte | Avtoram

Kommentarii, voprosy? Pishite: info@astronet.ru ili syuda

Rambler's Top100 Yandeks citirovaniya