|
Но хорошо известно, что ядро атома гелия в тех же единицах весит 4,00389. Именно эта разница в массах и переходит в энергию: mc<sup>2</sup> = E = 1,67×10<sup>–24</sup> · 0,02863 · (3 · 10<sup>10</sup>)<sup>2</sup> = 4,3 · 10<sup>–5</sup> эрг на одно ядро. Если весь водород Солнца превратится в гелий, то выделится чудовищное количество энергии ~ 10<sup>52</sup> эрг. Так как Солнце излучает каждую секунду 4 · 10<sup>33</sup> эрг, то топлива в Солнце хватит примерно на 100 миллиардов лет.
Теперь о механизмах термоядерных реакций в звездах. Протон-протонный цикл начинается с образования дейтерия: <sup>1</sup>H + <sup>1</sup>H → <sup>2</sup>D + e<sup>+</sup> + ν + 1,44 МЭВ. Вообще говоря, «выход» этой реакции очень мал. Даже в недрах звезд, где условия в общем-то благоприятствуют ее прохождению, лишь один из десятков миллиардов протонов имеет возможность превратиться в дейтерий. Дополнительная трудность для начальной реакции состоит в том, что один из протонов во время акта столкновения должен успеть превратиться в нейтрон. Ведь ядро дейтерия состоит не из двух протонов, а из протона и нейтрона! Выручает то обстоятельство, что число протонов огромно, и поэтому все-таки необходимые условия для некоторых из них выполняются, и начальная реакция «запускает» протон-протонный цикл. Далее дейтерий соединяется вновь с протоном, образуя изотоп гелия-3: <sup>2</sup>D + <sup>1</sup>H → <sup>3</sup>He + γ + 5,49 МЭВ. Затем возможны уже три направления ядерных реакций. Главный путь — взаимодействие двух ядер изотопа <sup>3</sup>He: <sup>3</sup>He + <sup>3</sup>He → <sup>4</sup>He + <sup>1</sup>H + <sup>1</sup>H + 12,85 МЭВ. Все возвращается здесь на круги своя: мы снова имеем два протона, цикл замкнулся, но нам надо запомнить, что в результате цикла появилось ядро атома гелия. Это и есть «столбовая» дорога протон-протонного цикла. Кроме нее, существуют два побочных пути. Первый состоит во взаимодействии гелия-3 и гелия-4, в результате чего образуется ядро бериллия-7. Ядро бериллия может захватить протон и превратиться в бор-8, бор-8 претерпевает бета-распад: <sup>8</sup>B → <sup>7</sup>Be + e<sup>+</sup> + ν. Эту реакцию нам надо обязательно запомнить, так как именно с ней связаны наиболее драматические страницы в современной физике Солнца. Радиоактивный бериллий-8 быстро распадается на два ядра «обыкновенного» гелия-4. Наконец, еще одна «дорожка» протон-протонного цикла состоит в следующем: бериллий-7 может захватить электрон, превратившись после этого в литий-7. А тот, захватив протон, «переходит» в неустойчивый изотоп бериллия-8, судьба которого нам уже известна. Существует еще один тип ядерных реакций, играющий определенную роль в энергетике Солнца, — углеродно-азотно-кислородный цикл (С – N – О-цикл). Причем его конечный результат, так же как и в протон-протонном цикле, — образование атома гелия из четырех ядер атома водорода. Здесь происходят очень интересные вещи. Все начинается с того, что ядро углерода захватывает протон (ядро атома водорода) и превращается в радиоактивный азот, который, распадаясь, дает более тяжелый изотоп углерода. |
