Cykl węglowo-azotowo-tlenowy
Cykl węglowo-azotowo-tlenowy (CNO) – cykl przemian jąder atomowych, których efektem jest przemiana wodoru w hel oraz powstawanie dużych ilości energii. Jest źródłem energii dla masywnych gwiazd, ponieważ może zachodzić tylko w bardzo dużych temperaturach (rzędu 20 milionów kelwinów).
Cykl ten po raz pierwszy, jako rozwiązanie problemu powstawania energii w gwiazdach, zaproponował pracujący w Stanach Zjednoczonych niemiecki fizyk Hans Albrecht Bethe[1]. Mniej więcej w tym samym czasie co Bethe (1938-1939) ten sam mechanizm opisał inny niemiecki fizyk Carl von Weizsäcker[2]. Osiągnięcie to było jednak w późniejszych latach ignorowane przez świat naukowy, ponieważ Weizsäcker pracował dla nazistowskich Niemiec.
| Reakcja1) | Wydzielona energia2) | |
|---|---|---|
| w MeV | w | |
| 12C + p → 13*N + γ | 1,944 | 14,4 |
| 13*N → 13C + e+ + | 2,22-0,71 | 16,5 |
| 13C + p → 14N + γ | 7,551 | 52 |
| 14N + p → 15*O + γ | 7,297 | 46,9 |
| 15*O → 15N + e+ + | 2,754 | 17,7 |
| 15N + p → 12C + 4He | 4,966 | 30,1 |
| raz na tysiąc reakcji zachodzi | ||
| 15N + p → 16O + γ | ||
| 16O + p → 17F + γ | ||
| 17F → 17O + e+ + | ||
| 17O + p → 14N + 4He | ||
1 – spotyka się również zapisy, w których zamiast p jest 1H
2 – MeV = 106 eV; TJ = 1012 J, wielkość podana dla jednego kilograma reagentów
W wyniku takiego cyklu reakcji następuje przemiana czterech protonów w jądro helu i uwolnienie energii: 41H → 4He + energia. Węgiel-12 działa tu tylko jako katalizator i nie ulega zużyciu, zatem nie potrzeba go w dużych ilościach. Powstaje on natomiast w wyniku oddziaływania ze sobą trzech jąder 4He, zwanych też cząstkami alfa. W gwieździe posiadającej dość zapasów wodoru oddziaływanie to występuje sporadycznie. Zaczyna jednak odgrywać coraz większą rolę, gdy cały wodór zostanie zużyty i gwiazda staje się tzw. czerwonym olbrzymem. To właśnie przemiana helu w węgiel jest wtedy głównym źródłem energii.
W cyklu CNO, raz na tysiąc reakcji, w wyniku połączenia azotu-15 z protonem, powstaje jądro tlenu-16 i foton (nie powstaje cząstka alfa). Ale nawet w tym przypadku po kilku przemianach otrzymujemy jądro helu, a azot powraca do cyklu.
Zobacz też
Przypisy
- ↑ H. A. Bethe. Physical Review nr 55 z 1939 roku 436.
- ↑ C.F. von Weizsäcker: Über Elementumwandlungen im Innern der Sterne. Physikalische Zeitschrift nr 38 z 1937 roku s. 176–191 i nr 39 z 1938 roku s. 633–646.
Linki zewnętrzne
- H. A. Bethe: Energy Production in Stars, 1938. prola.aps.org. [zarchiwizowane z tego adresu (2011-09-27)].