Ciclul carbon-azot-oxigen

Ciclul carbon-azot-oxigen (sau, împreună cu simbolurile chimice, ciclul CNO ), denumit uneori ciclul Bethe , sau ciclul Bethe-Weizsäcker , este una dintre cele două reacții de fuziune nucleară prin care stelele se transformă în hidrogen în heliu  ; cealaltă reacție este lanțul proton-proton .

În timp ce lanțul proton-proton este principalul tip de fuziune în stele cu masă mai mică sau egală cu cea a Soarelui , modelele teoretice arată că ciclul carbon - azot - oxigen este principala sursă de energie în stelele de masă mai mari. A fost propus de fizicienii Hans Bethe și Carl Friedrich von Weizsäcker în 1938-1939.

Acest ciclu este, de asemenea, probabil principala sursă de producție de azot, care se echilibrează cu cantitatea de carbon prezentă în funcție de frecvența relativă a diferitelor reacții.

Ciclul principal: CNO - I

În realitate, nu există unul, ci trei cicluri care sunt astrofizic importante .

Ciclul principal este următorul:

12 C + 1 H → 13 N + γ + 1,95 MeV
13 N → 13 C + e + + ν e + 2,22 MeV
13 C + 1 H → 14 N + γ + 7,54 MeV
14 N + 1 H → 15 O + γ + 7,35 MeV
15 O → 15 N + e + + ν e + 2,75 MeV
15 N + 1 H → 12 C + 4 El + 4,96 MeV

Acest ciclu are ca rezultat fuziunea a patru nuclee de hidrogen ( 1 H sau protoni ) într-un singur nucleu de heliu ( 4 He sau particulă alfa ) și furnizează energie în conformitate cu ecuația Einstein  : E = mc 2 . În aceste reacții, carbonul servește drept catalizator , este regenerat la sfârșitul ciclului.

Cicluri secundare

În ultima etapă a acestui ciclu principal, unde ultimul proton absorbit de nucleul de 15 N reproduce nucleul inițial de 12 C, există o altă cale: cea a creării unui nucleu de 16 O însoțită de o emisie γ ). Această altă cale ajunge cu o probabilitate de 0,04% (adică o dată la 2500), soldul nu mai este atunci o producție de heliu ( 4 He), ci o transformare a carbonului ( 12 C) în oxigen ( 16 O).

Apare apoi alte reacții posibile, protoni cu oxigenul produs, precum și bineînțeles cu oxigenul prezent inițial:

15 N + 1 H → 16 O + γ + 12,13 MeV
16 O + 1 H → 17 F + γ + 0,60 MeV
17 F → 17 O + e + + ν e + 2,76 MeV
17 O + 1 H → 14 N + 4 He + 1,19 MeV

Apoi se produce un echilibru între proporțiile relative de oxigen ( 16 O; 17 O) și azot ( 14 N; 15 N) în funcție de frecvența reacțiilor.

Ramura principală a ciclului CNO este cunoscută sub numele de CNO-I, ramura minoră sub numele de CNO-II. Alte două ramuri, CNO-III și CNO-IV, sunt semnificative numai în stelele cu mase puternice. Acestea au loc atunci când ultima reacție a ciclului CNO-II produce oxigen ( 18 O) prin β + radioactivitate (și dexcitație γ ), în loc de azot ( 14 N) și radiații alfa ( 4 Hei); din nucleul instabil al fluorului 18 .

17 O + 1 H → 18 F
18 F → 18 O + e + + ν e + γ.

Consecințe în astrofizică

Deși numărul total de nuclee „catalitice” este conservat în ciclu, în timpul secvenței principale se schimbă proporțiile relative ale nucleelor. Când ciclul atinge echilibrul, raportul nucleului 12 C / 13 C este adus la 3,5 și 14 N devine nucleul majoritar, indiferent de compoziția inițială.

În ultimele etape ale vieții unei stele, mișcările convective aduc materialele în care s-a stabilit ciclul, de la interior la suprafață, schimbând compoziția observată a diferitelor specii chimice.

Unii giganți roșii observați au raporturi mai mici de 12 C / 13 C și 12 C / 14 N decât stelele secvenței principale, ceea ce este considerat dovadă că producția de energie a stelelor este prin fuziunea nucleară a hidrogenului.

Carcasa soarelui

În Soare , 99% din energie este furnizată de lanțul proton-proton  ; restul este asigurat de ciclul CNO, observat direct în 2020 datorită emisiei de neutrini . Energia furnizată de ciclu fiind legată de cantitatea de carbon, azot și oxigen prezentă în stea, aceste observații neutrino ar trebui să ne permită să estimăm mai bine metalicitatea Soarelui.

Referințe

  1. Sacco 2020 .
  2. „Fizică nucleară introductivă”, Kenneth S. Krane, John Wiley & Sons, New York, 1988, p.537.
  3. (ro) Colaborare Borexino  (ro) , „  Dovezi experimentale ale neutrinilor produși în ciclul de fuziune CNO în Soare  ” , Nature , vol.  587,25 noiembrie 2020, p.  577-582 ( DOI  10.1038 / s41586-020-2934-0 ).

Vezi și tu

Bibliografie

Document utilizat pentru scrierea articolului : document utilizat ca sursă pentru acest articol.

Articole similare

linkuri externe