CNO ciklas

Branduoliniai procesai
Radioaktyvumas Beta skilimas Alfa skilimas Branduolio dalijimasis Branduolių sąlaja Protonų ciklas CNO ciklas Trijų alfa dalelių procesas Alfa procesas Anglies degimo procesas Neono degimo procesas Deguonies degimo procesas Silicio degimo procesas Neutrono pagavimas R procesas S procesas Didžiojo sprogimo branduolių sintezė

Anglies, azoto ir deguonies ciklas arba CNO ciklas (Anglies-azoto-deguonies), arba kartais Betės ir Veiczekerio ciklas (angl. Bethe-Weizsäcker cycle) – viena iš dviejų branduolinių reakcijų grandinių, kurių metu vandenilis žvaigždėse virsta heliu. Taigi, anglis, azotas ir deguonis čia tarnauja tik kaip katalizatoriai. Kita svarbi reakcijų grandinė yra žinoma protonų ciklo pavadinimu. Protonų ciklo reakcijų grandinė efektyviai vyksta poros Saulės (ir mažesnės) masių žvaigždėse. Tik 1,7 % ⁴He branduolių Saulėje yra gaminami CNO ciklo metu. Tačiau teoriniai modeliai rodo, kad CNO ciklas yra pagrindinis sunkesnių nei dvi Saulės masės žvaigždžių energijos šaltinis. CNO grandinę 1938 m. pasiūlė vokiečių astronomas . CNO ciklo reakcijos yra :

CNO-I ciklas.

^12C + ^1H	→	^13N + γ	+1.95 MeV
^13N	→	^13C + e^+ + νe	+2,22 MeV
^13C + ^1H	→	^14N + γ	+7,54 MeV
^14N + ^1H	→	^15O + γ	+7,35 MeV
^15O	→	^15N + e^+ + νe	+2,75 MeV
^15N + ^1H	→	^12C + ^4He	+4,96 MeV

CNO ciklas keturis protonus apjungia į helio branduolį (alfa dalelę). Ciklo metu išsiskiria du pozitronai (kurie anihiliuoja su elektronais ir išspinduliuoja du gama kvantus) ir du neutrinai, kurie palieka žvaigždę, nusinešdami dalį energijos. Anglis, deguonis ir azotas tarnauja kaip katalizatoriai ir yra pilnai regeneruojami.

Galima dar kita reakcijos šaka, Saulės branduolyje vykstanti 0,04 % laiko. Jos metu paskutinioji reakcija gamina ne ¹²C ir ⁴He, bet ¹⁶O ir fotoną:

^15N + ^1H	→	^16O + γ	+12.13 MeV
^16O + ^1H	→	^17F + γ	+0.60 MeV
^17F	→	^17O + e^+ + νe	+2.76 MeV
^17O + ^1H	→	^14N + ^4He	+1.19 MeV

Kaip anglis, azotas ir deguonis pagrindinėje reakcijos šakoje, taip ir fluoras pagamintas šioje šakoje yra tik katalizatorius ir žvaigždėje jo nedaugėja. Pagrindinė CNO ciklo grandinė vadinama CNO-I, antroji grandinėlė vadinama CNO-II. Taip pat dar yra dvi grandinėlės, CNO-III ir CNO-IV kurios yra efektyvios tik sunkesnėse žvaigždėse. Jos prasideda sulig paskutine CNO-II ciklo reakcija ir pagamina ¹⁸O ir gama kvantą vietoje ¹⁴N ir helio branduolio:

^17O + ^1H	→	^18F
^18F	→	^18O + e^+ + νe + γ.

Nors katalizėje dalyvaujančių CNO branduolių skaičius CNO ciklo metu nekinta, tačiau žvaigždei evoliucionuojant branduolių skaičių proporcijos keičiasi. Kai ciklas nusistovi (pasiekia pusiausvyrą būseną), ¹²C/¹³C santykis tampa lygus 3,5, o ¹⁴N tampa labiausiai vyraujančia frakcija, nepriklausomai nuo pradinės cheminės sudėties. Žvaigždės evoliucijos metu konvekcija pakelia medžiagą iš žvaigždės gelmių į paviršių, taip pakeisdama stebimą žvaigždės cheminę sudėtį. Raudonosios milžinės turi mažesnius ¹²C/¹³C ir ¹²C/¹⁴N santykius, nei pagrindinės sekos žvaigždės. Tai laikoma įrodymu, kad pagrindinėje sekoje svarbiausias energijos šaltinis yra protonų ciklas.

Nuorodos

• H. A. Bethe: Energy Production in Stars, 1938 2011-09-27 iš Wayback Machine projekto.
• I. Iben: Stellar Evolution Within and off the Main Sequence, 1967

Išnašos

1. „Introductory Nuclear Physics“, Kenneth S. Krane, John Wiley & Sons, New York, 1988, p.537