Термоядерные реакции во Вселенной

Термоядерные реакции во Вселенной играют двоякую роль - как основной источник энергии звёзд и как один из основных механизмов нуклеосинтеза. Для нормальных гомогенных звёзд, в т. ч. Солнца, главным процессом экзоэнергетического ядерного синтеза является сгорание H в Не, точнее, превращение 4 протонов в ядро ⁴He, 2 позитрона и 2 нейтрино. Этот результат можно получить двумя путями:

1) в протон - протонной (pp) цепочке, или водородном цикле;

2) в углеродно-азотном цикле (CN).

Для звёзд-гигантов с плотными, выгоревшими (по содержанию H) ядрами, существенны гелиевый и неоновый циклы термоядерных реакций; они протекают при значительно более высоких температурах и плотностях, чем pp - и CN -циклы. Основной реакцией гелиевого цикла, идущей начиная с T» 2*10⁸ K, является реакция:

3 ⁴He ® ¹²С + γ₁+g₂ + 7,3 МэВ (3.9.7)

Далее могут следовать реакции:

¹²С+ ⁴He ® ¹⁶O + g, ¹⁶О+ ⁴He ® ²⁰Ne + g; (3.9.8)

в этом состоит один из механизмов нуклеосинтеза.

Если продукты реакции гелиевого цикла вступят в контакт с H, то осуществляется неоновый (Ne - Na) цикл, в котором ядро ²⁰Ne играет роль катализатора для процесса сгорания H в Не.

Последовательность реакций здесь вполне аналогична CN-циклу, только ядра ¹²С, ¹³N, ¹³C, ¹⁴N, ¹⁵O, ¹⁵N заменяются соответствующими ядрами ²⁰Ne, ²¹Na, ²¹Ne, ²²Na, ²³Mg, ²³Na. Мощность этого цикла как источника энергии невелика. Однако он, по-видимому, имеет большое значение для нуклеосинтеза, т. к. одно из промежуточных ядер цикла (²¹Ne) может служить источником нейтронов:

²¹Ne+ ⁴He ® ²⁴Mg + n (3.9.9)

(аналогичную роль может играть и ядро ¹³C, участвующее в CN-цикле).

Последующий "цепной" захват нейтронов, чередующийся с процессами b - распада, является механизмом синтеза всё более тяжёлых ядер.

Cpедняя интенсивность энерговыделения e в типичных звёздных термоядерных реакциях по земным масштабам ничтожна; так, для Солнца (в ср. на 1 г солнечной массы) e = 2 эрг/с · г. Это гораздо меньше, например, скорости энерговыделения в живом организме в процессе обмена веществ, а обычная электрическая лампочка по мощности эквивалентна многим тоннам солнечного вещества. Однако вследствие огромной массы Солнца (2×10³³г) полная излучаемая им мощность (4×10²⁶Bт) столь велика (она соответствует ежесекундному уменьшению массы Солнца ~ на 4 млн. т), что даже ничтожной её доли достаточно, чтобы оказывать решающее влияние на энергетический баланс земной поверхности, жизни и т. д.

Благодаря колоссальным размерам и массам Солнца и звёзд, в них идеально решается проблема удержания (в данном случае гравитационного) и термоизоляции плазмы: термоядерные реакции протекают в горячем ядре звезды, а теплоотдача происходит с удалённой от ядра и гораздо более холодной поверхности. Только поэтому звёзды могут эффективно генерировать энергию в таких медленных процессах, как pp - и CN -циклы. В земных условиях эти процессы практически неосуществимы.