Hjdcti

Kuva pp-ketjun toiminnasta. Siniset ovat protoneita, vihreät neutroneita, keltaiset elektroneja (ja positroneja), punaiset fotoneita ja oranssit neutriinoja.

Pp-ketju eli protoni-protoni-ketju on tähtien energiantuotantomekanismi. Pp-ketjussa kaksi protonia fuusioituu deuteroniksi ja edelleen kaksi deuteronia tai deuteroni ja vetyatomi heliumin ytimeksi. Ketju voi toimia kaikkiaan neljällä tavalla, joista edellä mainittu on yleisin. Mekanismi on tärkein energiantuotantomekanismi Auringon kokoluokan ja sitä pienemmillä tähdillä.

Sisällysluettelo

1 Pp-ketjun reaktiot
- 1.1 Pp I-ketju
- 1.2 Pp II-ketju
- 1.3 Pp III-ketju
- 1.4 Pp IV-ketju
- 1.5 Vapautunut energia

2 Pep-ketju

3 Aiheesta muualla

Pp-ketjun reaktiot |

Pp-ketju alkaa aina kahden vetyatomin fuusiolla. Tällöin muodostuu deuteriumatomi sekä positroni ja elektronin neutriino, kun yksi protoneista muuttuu neutroniksi.

$displaystyle _1H+_1Hrightarrow _1^2D+e^++v_e+0,42MeV$

Positroni kohtaa elektronin ja molemmat annihiloituvat ja vapautuu kaksi fotonia gammasäteilynä.

$displaystyle e^++e^-rightarrow 2gamma +1,02MeV$

Ensimmäisessä reaktiossa syntynyt deuteroni fuusioituu vetyatomin kanssa ja muodostuu helium-3-isotooppia.

$displaystyle _1^2D+_1Hrightarrow _2^3He+gamma +5.49MeV$

Tästä eteenpäin ketju voi edetä neljällä eri tavalla, jotka kaikki päättyvät helium-4-isotooppiin. Auringossa pp I-ketju on yleisin 86 % osuudella kaikista pp-ketjuista. Pp II-ketjuja on 14 %, pp III-ketjuja vain 0,11 %. Pp IV-ketju on äärimmäisen harvinainen.

Pp I-ketju |

Kaksi helium-3-atomia fuusioituu ja syntyy helium-4-atomi ja kaksi vetyatomia.

$displaystyle _2^3He+_2^3Herightarrow _2^4He+2_1H+12,86MeV$

Pp I-ketju kokonaisuudessaan vapauttaa noin 26,7 MeV energiaa. Se on yleisin ketjuista 10-14 miljoonan kelvinin lämpötiloissa.

Pp II-ketju |

Helium-3 ja helium-4 fuusioituvat ja syntyy beryllium-7-atomi ja gammafotoni.

$displaystyle _2^3He+_2^4Herightarrow _4^7Be+gamma$

Beryllium-7 kaappaa elektronin ja syntyy litium-7-atomi ja elektronin neutriino.

$displaystyle _4^7Be+e^-rightarrow _3^7Li+v_e+0,861MeV/0,383MeV$

Litium-7 fuusioituu vetyatomin kanssa ja syntyy kaksi helium-4-atomia.

$displaystyle _3^7Li+_1Hrightarrow 2_2^4He$

Pp II-ketju on yleinen 14-23 miljoonan kelvinin lämpötiloissa. Berylliumatomin kaapatessa elektronin syntyneistä neutriinoista 90 % on 0,861 MeV ja 10 % 0,383 MeV, riippuen siitä, onko litium-7 jännittyneessä tilassa.

Pp III-ketju |

Helium-3 ja helium-4 fuusioituvat ja syntyy beryllium-7-atomi ja gammafotoni.

$displaystyle _2^3He+_2^4Herightarrow _4^7Be+gamma$

Beryllium-7 fuusioituu vetyatomin kanssa ja syntyy boori-8-atomi ja gammafotoni.

$displaystyle _4^7Be+_1Hrightarrow _5^8B+gamma$

Boori-8 hajoaa beryllium-8:ksi, positroniksi, elektronin neutriinoksi ja gammafotoniksi.

$displaystyle _5^8Brightarrow _4^8Be+e^++v_e+gamma$

Beryllium-8 hajoaa kahdeksi helium-4-atomiksi.

$displaystyle _4^8Berightarrow 2_2^4He$

Pp III-ketju on yleinen yli 23 miljoonan kelvinin lämpötiloissa.

Pp IV-ketju |

Helium-3 fuusioituu suoraan vetyatomin kanssa ja muodostaa helium-4-atomin, positronin ja elektronin neutriinon.

$displaystyle _2^3He+_1Hrightarrow _2^4He+e^++v_e+18,8MeV$

Pp IV-ketju on teoriassa olemassa, mutta sitä ei ole havaittu sen harvinaisuuden vuoksi.

Vapautunut energia |

Verrattaessa tuloksena saatua helium-4-atomia ja reaktioon käytettyjen neljän protonin massoja selviää, että 0,7 % massasta on muuttunut energiaksi, fotoneiksi ja neutriinoiksi. Yhden ketjun aikaansaama energia on siten 26,73 MeV. Vain fotonit (gammasäteily) reagoivat tähden materian kanssa, neutriinot vuorovaikuttavat hyvin heikosti materian kanssa. Ketjut eroavat energian jakautumisessa gammasäteilyn ja neutriinoiden välillä:

Pp I-ketjussa 2 % energiasta vapautuu neutriinoina

Pp II-ketjussa 4 %

Pp III-ketjussa 28,3 %

Pep-ketju |

Protoni-elektroni-protoni-ketju on muunnos pp-ketjusta, joka on melko harvinainen Auringossa (noin yhden kerran 400 tapauksessa). Siinä deuteriumia muodostuu elektronisieppauksella.

$displaystyle _1H+e^-+_1Hrightarrow _1^2D+v_e$

Pep-ketjun vapauttamat neutriinot ovat paljon energisempiä kuin pp I-ketjun. Pp I-ketju tuottaa 0,42 MeV neutriinoita, kun pep-ketjun neutriinot ovat 1,44 MeV.

Aiheesta muualla |

Astro.fi Energiantuotanto

How the Sun shines? (engl.)

搜尋此網誌