Протон-протонный цикл: термоядерный синтез в звездах.
Proton–proton chain
Протон-протонный цикл: основной процесс термоядерного синтеза в звездах, превращающий водород в гелий. Доминирует при температуре ядра Солнца (15.5 млн K).
Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Введение
Одна из реакций термоядерного синтеза, посредством которой звезды преобразуют водород в гелий.
One of the fusion reactions by which stars convert hydrogen to helium
[[File:Nuclear energy generation. svg|right|upright=1.5|thumb|Логарифм относительной выходной энергии (ε) процессов протон-протон (PP), CNO и тройного альфа-синтеза при различных температурах (T). Пунктирная линия показывает суммарное энерговыделение процессов PP и CNO внутри звезды. При температуре ядра Солнца в 15,5 миллионов K доминирует процесс PP. Процессы PP и CNO становятся равными при температуре около 20 МК. В то время как CNO-цикл, другая известная реакция, согласно теоретическим моделям, преобладает в звездах с массой более примерно 1,3 солнечных масс. В целом, термоядерный синтез протонов и протонов может происходить только в том случае, если кинетическая энергия (температура) протонов достаточно высока, чтобы преодолеть их взаимное электростатическое отталкивание. На Солнце события, приводящие к образованию дейтронов, редки. Дипротоны являются гораздо более распространенным результатом реакций протон-протон внутри звезды, и дипротоны почти немедленно распадаются обратно на два протона. Поскольку превращение водорода в гелий происходит медленно, полная конверсия водорода, изначально содержащегося в ядре Солнца, по расчетам, займет более десяти миллиардов лет. Хотя это иногда называют "протон-протонной цепной реакцией", это не цепная реакция в обычном понимании этого термина. В большинстве ядерных реакций цепная реакция подразумевает реакцию, которая производит продукт, например, нейтроны, выделяющиеся при делении, который быстро вызывает другую такую реакцию. Протон-протонная цепь, подобно цепи распада, представляет собой последовательность реакций. Продукт одной реакции является исходным веществом для следующей реакции. На Солнце существует две основные цепи, ведущие от водорода к гелию. Одна цепь состоит из пяти реакций, другая – из шести.
[[File:Nuclear energy generation. svg|right|upright=1.5|thumb|Logarithm of the relative energy output (ε) of proton–proton (PP), CNO and Triple α fusion processes at different temperatures (T). The dashed line shows the combined energy generation of the PP and CNO processes within a star. At the Sun's core temperature of 15.5 million K the PP process is dominant. The PP process and the CNO process are equal at around 20 MK. whereas the CNO cycle, the other known reaction, is suggested by theoretical models to dominate in stars with masses greater than about 1.3 solar masses. In general, proton–proton fusion can occur only if the kinetic energy (temperature) of the protons is high enough to overcome their mutual electrostatic repulsion. In the Sun, deuteron producing events are rare. Diprotons are the much more common result of proton–proton reactions within the star, and diprotons almost immediately decay back into two protons. Since the conversion of hydrogen to helium is slow, the complete conversion of the hydrogen initially in the core of the Sun is calculated to take more than ten billion years. Although sometimes called the "proton–proton chain reaction", it is not a chain reaction in the normal sense. In most nuclear reactions, a chain reaction designates a reaction that produces a product, such as neutrons given off during fission, that quickly induces another such reaction. The proton–proton chain is, like a decay chain, a series of reactions. The product of one reaction is the starting material of the next reaction. There are two main chains leading from hydrogen to helium in the Sun. One chain has five reactions, the other chain has six.
История теории
Теория о том, что реакции между протонами являются основным принципом, посредством которого Солнце и другие звезды излучают энергию, была предложена Артуром Эддингтоном в 1920-х годах. В то время считалось, что температура Солнца слишком низка для преодоления кулоновского барьера. После развития квантовой механики было обнаружено, что туннелирование волновых функций протонов сквозь отталкивающий барьер позволяет осуществлять термоядерный синтез при более низкой температуре, чем предсказывалось классической физикой. В 1939 году Ганс Бете попытался рассчитать скорости различных реакций, происходящих в звездах. Начиная с объединения двух протонов с образованием ядра дейтерия и позитрона, он обнаружил то, что мы сейчас называем ветвью II протон-протонного цикла. Однако он не рассматривал реакцию двух ядер (ветвь I), которая, как мы теперь знаем, имеет важное значение. Этот вклад в теорию звёздного нуклеосинтеза был отмечен Нобелевской премией по физике, присужденной Бете в 1967 году.
The theory that proton–proton reactions are the basic principle by which the Sun and other stars burn was advocated by Arthur Eddington in the 1920s. At the time, the temperature of the Sun was considered to be too low to overcome the Coulomb barrier. After the development of quantum mechanics, it was discovered that tunneling of the wavefunctions of the protons through the repulsive barrier allows for fusion at a lower temperature than the classical prediction. In 1939, Hans Bethe attempted to calculate the rates of various reactions in stars. Starting with two protons combining to give a deuterium nucleus and a positron he found what we now call Branch II of the proton–proton chain. But he did not consider the reaction of two nuclei (Branch I) which we now know to be important. This was part of the body of work in stellar nucleosynthesis for which Bethe won the Nobel Prize in Physics in 1967.