مسارات تفاعل الانصهار النووي

مسارات تفاعل الانصهار النووي[عدل]

تفسير لسلسلة الفوتوت-فوتون

دورة الكاربون-الهيدروجين-الأوكسجين
تشكيلة من عدة تفاعلات الانصهار النووية تحدث في لُبّ النجوم، وذلك تبعاً لكتلتها وتركيبها الداخلي، كجزء من تفاعلات الاصطناع النووي النجمي. الكتلة الصافية للانوية الذرية المنصهرة أصغر من العناصر الاساسية. هذه الكتلة المفقودة تتحرر كطاقة كهرومغناطيسية، على حسب علاقة تكافؤ المادة والطاقة ط = ك س² (E=mc2).[139]
عملية انصهار الهيدروجين هي عملية حساسة لدرجة الحرارة. لذا الزيادة المعتدلة في درجة حرارة لُبّ النجم ستنتج زيادة معبرة في معدل الانصهار. وكنتيجة لذلك فإن درجة حرارة اللُبّ في التسلسل الرئيسي للنجوم يختلف فقط من 4 مليون كلفن لنجوم فئة M إلى 40 مليون كلفن لنجوم فئة O الضخمة.[113]
في الشمس، ومع لُبٍّ تصل درجة حرارته إلى 10 مليون كلفن، الهيدروجين ينصهر ليكون الهليوم في:
41H → 22H + 2e+ + 2νe (4.0 MeV + 1.0 MeV)
21H + 22H → 23He + 2γ (5.5 MeV)
23He → 4He + 21H (12.9 MeV)
هذه التفاعلات تنتج كتفاعل كامل كمايلي:
41H → 4He + 2e+ + 2γ + 2νe (26.7 MeV)
حيث أن e+ بوزيترون (مضاد الإلكترون)، وγ عبارة عن فوتون أشعة غاما، وνe عبارة عن نيوترينو، وH وHe عبارة عن نظائر للهيدروجين والهيليوم بالترتيب. الطاقة الناتجة عن هذا التفاعل تقدر بملايين فولت إلكتروني والذي يعادل كمية بالغة الصغر من الطاقة. غير ان اعداد هائلة من هذه التفاعلات تحدث بشكل ثابت، مُنتجة كل الطاقة اللازمة للحفاظ على الاشعاعات الخارجة من النجم.
الحد الأدنى للكتلة النجمية المطلوبة للإنصهار
المادة الكتلة
الشمسية
هيدروجين 0.01
هليوم 0.4
كربون 5[140]
نيون 8
في النجوم الأكثر ضخامة، ينتج الهيليوم في سلسلة أو مجموعة من التفاعلات تُحفّز بواسطة الكربون- حلقة كربون-نيتروجين-أوكسجين.
في النجوم التي درجة حرارة قلبها 100 كلفن وكتلتها مابين 0,5 إلى 10 كتلة شمسية، يمكن أن يتحول الهيليوم إلى كربون في عملية ألفا الثلاثية والتي يستعمل فيها عنصر البريليوم كوسيط.
4He + 4He + 92 keV → 8*Be
4He + 8*Be + 67 keV → 12*C
12C → 12C + γ + 7.4 MeV
هذه التفاعلات تنتج كتفاعل كامل كمايلي:
34He → 12C + γ + 7.2 MeV
في النجوم الكبيرة، يمكن أيضًا أن تحرّق العناصر الأثقل في النواة عبر طاقة الترابط من خلال عملية حرق النيون وعملية حرق الأوكسجين. والمرحلة النهائية في عملية تفاعلات الاندماج النووي النجمي هي عملية حرق السيليكون التي تؤدي إلى إنتاج نظير فيزيائي آخر مستقر وهو حديد-56. ولا يمكن للاندماج التقدم إلى أبعد من ذلك إلا من خلال عملية امتصاص الحرارة، والتي يمكن أن تنتج المزيد من الطاقة من خلال انعدام الجاذبية.[141]
ويُظهر المثال التالي مقدار الوقت اللازم لنجم مكون من 20 كتلة شمسية ليستهلك كل وقوده النووي. وذلك باعتباره نجم تسلسل رئيسي من التصنيف O، وسيكوّن حينها دائرة بمقدار 8 أضعاف دائرة نصف قطرها الشمس ولمعان بمقدار 62.000 ضعف للمعان الشمس.[142]
الوقود
المادة الحرارة
(مليون كلفن) الكثافة
(كغ/سم3) فترة الإحتراق
(τ بالسنين)
هيدروجين 37 0.0045 8.1 مليون
هيليوم 188 0.97 1.2 مليون
كربون 870 170 976
نيون 1,570 3,100 0.6
أوكسجين 1,980 5,550 1.25
كبريت/سلكون 3,340 33,400 0.0315[143]


تفسير لسلسلة الفوتوت-فوتون





دورة الكاربون-الهيدروجين-الأوكسجين