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质子﹣质子链反应

2020-10-16
出处:族谱网
作者:阿族小谱
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pp链反应第一个步骤是两个氢原子核H(质子)融合成为氘,一个质子经由释放出一个e+和一个中微子成为中子。在这个阶段中释放出的中微子带有0.42MeV的能量。第一个步骤进行的非常缓慢,因为它依赖的吸热的β正电子衰变,需要吸收能量,将一个质子转变成中子。事实上,这是整个反应的瓶颈,一颗质子平均要等待10年才能融合成氘。正电子立刻就和电子湮灭,它们的质量转换成两个γ射线的光子被带走。在这之后,氘先和另一个氢原子融合成较轻的氦同位素,3He:然后有三种可能的路径来形成氦的同位素4He。在pp1分支,氦-4由两个氦-3融合而成;在pp2和pp3分支,氦-3先和一个已经存在的氦-4融合成铍。在太阳,pp1最为频繁,占了86%,pp2占14%,pp3只有0.11%。还有一种是极端罕见的pp4分支。pp1分支完整的pp1链反应是放出的净能量为26.7MeV。pp1分支主要发生在一千万至一千四百万K的温度,

pp链反应

第一个步骤是两个氢原子核 H(质子)融合成为氘,一个质子经由释放出一个e +和一个中微子成为中子。

在这个阶段中释放出的中微子带有0.42MeV的能量。

第一个步骤进行的非常缓慢,因为它依赖的吸热的β正电子衰变,需要吸收能量,将一个质子转变成中子。事实上,这是整个反应的瓶颈,一颗质子平均要等待10 年才能融合成氘。

正电子立刻就和电子湮灭,它们的质量转换成两个γ射线的光子。

在这之后,氘先和另一个氢原子融合成较轻的氦同位素,3 He:

然后有三种可能的路径来形成氦的同位素4 He。在pp1分支,氦-4由两个氦-3融合而成;在pp2和pp3分支,氦-3先和一个已经存在的氦-4融合成铍。 在太阳,pp1最为频繁,占了86%,pp2占14%,pp3只有0.11%。还有一种是极端罕见的pp4分支。

pp1分支

完整的pp1链反应是放出的净能量为26.7MeV。 pp1分支主要发生在一千万至一千四百万K的温度,当温度低于一千万K时,质子﹣质子链反应就不能制造出 He。

pp2分支

pp2分支主要发生在一千四百万至二千三百万K的温度。

90%的在 Be(e ,ν e ) Li*的反应中产生的中微子,90%带有0.861MeV的能量,剩余的10%带有0.383 MeV 的能量(依据锂-7是在基态还是激发态而定)。

pp3分支

pp3链反应发生在二千三百万K以上的温度。

pp3链虽然不是太阳主要的能量来源(只占0.11%),但在太阳中微子问题上非常重要,因为它产生的中微子能量是非常高的(高达14.06 MeV)。

pp4或Hep

虽然预测上有这种反应,但因为极为罕见(在太阳中只占千万分之三的量),因此从未曾在太阳中被观测到。在此种反应中,氦-3直接和质子作用成为氦-4,可以产生能量更高的中微子(高达18.8 MeV)。

能量释放

比较最后产生的氦-4和4个质子的质量,显示少了0.007或是0.7%的质量。这些质量被转换成了能量,在各自的反应中以γ射线和中微子的形式释放出去。在一个完整的反应链可以得到26.73MeV的能量。

只有以γ射线释放的能量会和电子与质子作用来加热太阳的内部。这些热量支撑著太阳使它不致于因为本身的重量而崩溃。

中微子不会与一般的物质发生相互作用,而且不会支持太阳去对抗本身的引力崩溃。中微子在pp1、pp2和pp3链分别带走2.0%、4.0%和28.3%的能量 。

pep反应

质子﹣质子链反应

在2006年9月7日,关于中微子和暗物质的NDM国际会议网站上,恒星内的质子﹣质子和电子捕获链反应图。

质子﹣质子链反应

恒星内的质子﹣质子和电子捕获链反应比例图。

氘也能经由罕见的pep(质子﹣电子﹣质子)反应(电子捕获)产生:

在太阳,pep反应和pp反应的比率是1:400,但是pep反应产生的中微子拥有更高的能量:在pp反应的第一步产生的中微子能量是0.42MeV,而pep反应产生的中微子谱线能量集中在1.44MeV。

pep和pp反应可以被看成是相同的基本相互作用,以两种不同的费曼图表示。此处电子穿越到反应的右边成为一个反电子,这在2006年NDM的网站图中表示的是恒星内的质子﹣质子和电子捕获链反应。

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