Просмотр кода страницы CNO-цикл

{{перенаправление|Углеродный цикл|Геохимический цикл углерода|о переносе углерода между различными геохимическими резервуарами}}
{{Ядерные процессы}}
'''CNO-цикл''' — [[термоядерная реакция]] превращения [[водород]]а в [[гелий]], в которой [[углерод]], [[кислород]] и [[азот]] выступают как [[катализатор]]ы. Считается одним из основных процессов термоядерного [[Термоядерная реакция|синтеза]] в массивных [[звезда|звёздах]] [[Главная последовательность|главной последовательности]].

== Процесс углеродного сгорания ==
'''CNO-цикл''' — это совокупность трёх сцепленных друг с другом или, точнее, частично перекрывающихся циклов. Самый простой из них — '''CN-цикл''' (цикл Бете, или углеродный цикл) — был предложен в 1938 году [[Бете, Ханс Альбрехт|Хансом Бете]]<ref>H. A. Bethe: Energy Production in Stars. Physical Review 55 (1939) 434—456, [[doi:10.1103/PhysRev.55.434]].</ref> и независимо от него [[Вайцзеккер, Карл Фридрих фон|Карлом Вайцзеккером]]<ref>C. F. von Weizsäcker: Über Elementumwandlungen im Innern der Sterne. Physikalische Zeitschrift 38 (1937) 176—191 und 39 (1938) 633—646.</ref>.
[[Файл:CNO Cycle-ru.svg|center|300px|thumb|]]
Основной путь реакции '''CN-цикла'''<ref name="boyd08">[https://books.google.ru/books?id=uoIyc538X9kC&pg=PA211&dq=CN-cycle An Introduction to Nuclear Astrophysics], By Richard N. Boyd, University of Chicago Press, Jun 1, 2008, ISBN 978-0-226-06971-5; page 211</ref> (дополнительно указано характерное время протекания реакций)<ref name="phys_enc_736">Статья УГЛЕРОДНЫЙ ЦИКЛ, Физический энциклопедический словарь. — М.: Советская энциклопедия. Главный редактор А. М. Прохоров. 1983.</ref>:

{| style="white-space: nowrap"
| <sup>12</sup>C + p || → || <sup>13</sup>N + ''γ''
| +1,94 [[мега-|М]][[электрон-вольт|эВ]] || ~1,3{{e|7}} лет ||
|-
| <sup>13</sup>N || → || <sup>13</sup>C + ''e<sup>+</sup>'' + ''ν<sub>e</sub>''
| +2,22 МэВ || ~7 минут
|style="white-space: normal"| (либо +1,20 МэВ без учёта аннигиляции e<sup>+</sup>; [[период полураспада|''T''<sub>½</sub>]] для <sup>13</sup>N = 9,96 [[минута|мин]]<ref name="half-life-cn">[https://books.google.ru/books?id=gCr9WVH0utwC&pg=PA233 Principles and Perspectives in Cosmochemistry], Springer, 2010, ISBN 978-3-642-10368-1, page 233</ref>)
|-
| <sup>13</sup>C + p || → || <sup>14</sup>N + ''γ''
| +7,55 МэВ || ~2,7{{e|6}} лет ||
|-
| <sup>14</sup>N + p || → || <sup>15</sup>O + ''γ''
| +7,30 МэВ || ~3,2{{e|8}} лет ||
|-
| <sup>15</sup>O || → || <sup>15</sup>N + ''e<sup>+</sup>'' + ''ν<sub>e</sub>''
| +2,75 МэВ || ~82 секунды
|style="white-space: normal"| (либо +1,73 МэВ без учёта аннигиляции e<sup>+</sup>; [[период полураспада|''T''<sub>½</sub>]] для <sup>15</sup>O = 122,24 [[секунда|с]]<ref name="half-life-cn"/>)
|-
| <sup>15</sup>N + p || → || <sup>12</sup>C + <sup>4</sup>He
| +4,96 МэВ || ~1,1{{e|5}} лет ||
|}

Суть этого цикла состоит в непрямом [[Термоядерная реакция|синтезе]] [[Альфа-частица|α-частицы]] из четырёх [[протон]]ов при их последовательных захватах ядрами, начиная с <sup>12</sup>C.

== Процессы кислородного сгорания ==
В реакции с захватом протона ядром <sup>15</sup>N возможен ещё один исход (с вероятностью примерно 1/1000): образование ядра <sup>16</sup>О и рождение нового цикла, называемого '''NO I-циклом'''.

Он имеет в точности ту же структуру, что и CN-цикл:

{|
| <sup>14</sup>N + <sup>1</sup>H || → || <sup>15</sup>O + ''γ''
| +7,29 [[мега-|М]][[электрон-вольт|эВ]] || (3,2{{e|8}} лет<ref name="phys_enc_736"/>)
|-
| <sup>15</sup>O || → || <sup>15</sup>N + ''e<sup>+</sup>'' + ''ν<sub>e</sub>''
| +2,76 МэВ || (82 секунды)
|-
| <sup>15</sup>N + <sup>1</sup>H || → || <sup>16</sup>O + ''γ''
| +12.13 МэВ
|-
| <sup>16</sup>O + <sup>1</sup>H || → || <sup>17</sup>F + ''γ''
| +0,60 МэВ
|-
| <sup>17</sup>F || → || <sup>17</sup>O + ''e<sup>+</sup>'' + ''ν<sub>e</sub>''
| +2,76 МэВ
|-
| <sup>17</sup>O + <sup>1</sup>H || → || <sup>14</sup>N + <sup>4</sup>He
| +1,19 МэВ
|}

'''NO I-цикл''' повышает темп энерговыделения в CN-цикле, увеличивая число ядер-катализаторов CN-цикла.

Последняя реакция этого цикла также имеет два варианта протекания, один из которых даёт начало ещё одному циклу — '''NO II-циклу''':
 
{|
| <sup>15</sup>N + <sup>1</sup>H || → || <sup>16</sup>O + ''γ''
| +12.13 МэВ
|-
| <sup>16</sup>O + <sup>1</sup>H || → || <sup>17</sup>F + ''γ''
| +0,60 МэВ
|-
| <sup>17</sup>F || → || <sup>17</sup>O + ''e<sup>+</sup>'' + ''ν<sub>e</sub>''
| +2,76 МэВ
|-
| <sup>17</sup>O + <sup>1</sup>H || → || <sup>18</sup>F + ''γ''
| +5,61 МэВ
|-
| <sup>18</sup>F || → || <sup>18</sup>O + ''e<sup>+</sup>'' + ''ν<sub>e</sub>''
| + 1.656 МэВ
|-
| <sup>18</sup>O + <sup>1</sup>H || → || <sup>15</sup>N + <sup>4</sup>He
| +3, 98 МэВ
|}

Таким образом, циклы '''CN''', '''NO I''' и '''NO II''' образуют '''''тройной'' CNO-''цикл'''''.

Имеется ещё один очень медленный четвёртый цикл, т. н. '''OF-цикл''', но его роль в выработке [[энергия|энергии]] ничтожно мала — на один такой цикл приходится примерно по тысяче циклов NO I и NO II и более миллиона циклов CN (это объясняется тем, что сечение реакции <sup>17</sup>O + <sup>1</sup>H → <sup>18</sup>F + ''γ'' на три порядка ниже, чем <sup>17</sup>O + <sup>1</sup>H → <sup>14</sup>N + <sup>4</sup>He)<ref>{{Cite web |url=http://www.astronet.ru/db/msg/1188751 |title=Астронет > Углеродный цикл<!-- Заголовок добавлен ботом --> |access-date=2013-01-09 |archive-date=2012-03-06 |archive-url=https://web.archive.org/web/20120306144027/http://www.astronet.ru/db/msg/1188751 |url-status=live }}</ref>. Однако этот цикл важен для объяснения происхождения <sup>19</sup>F.

{|
|<sup>17</sup>O + <sup>1</sup>H || → ||  <sup>18</sup>F + ''γ''
| + 5.61 МэВ
|-
|<sup>18</sup>F || → ||  <sup>18</sup>O + e<sup>+</sup> + ν<sub>e</sub>
| + 1.656 МэВ
|-
|<sup>18</sup>O + <sup>1</sup>H || → ||  <sup>19</sup>F + ''γ''
| + 7.994 МэВ
|-
|<sup>19</sup>F + <sup>1</sup>H || → ||  <sup>16</sup>O + <sup>4</sup>He
| + 8.114 МэВ
|-
|<sup>16</sup>O + <sup>1</sup>H || → ||  <sup>17</sup>F + ''γ''
| + 0.60 МэВ
|-
|<sup>17</sup>F || → ||  <sup>17</sup>O + e<sup>+</sup> + ν<sub>e</sub>
|  + 2.76 МэВ
|}

При взрывном горении водорода в поверхностных слоях звёзд, например, при вспышках [[сверхновая звезда|сверхновых]], могут развиваться очень высокие температуры, и характер '''CNO-цикла''' резко меняется. Он превращается в так называемый '''''горячий'' CNO-''цикл''''', в котором реакции идут очень быстро и запутанно.

== См. также ==
* [[Звёздный нуклеосинтез]]
* [[Протон-протонный цикл]]

== Примечания ==
{{примечания}}

== Литература ==
* {{публикация|книга|часть=Углеродный цикл|часть ответственный=Д. К. Надёжин|заглавие=Физика космоса: Маленькая энциклопедия|год=1986|ответственный=Редкол.: [[Сюняев, Рашид Алиевич|Р. А. Сюняев]] (Гл. ред.) и др|издание=2-е изд|место=М.|издательство=[[Советская энциклопедия (издательство)|Советская энциклопедия]]|тираж=70000|страницы=679—681|ссылка часть=http://www.astronet.ru/db/msg/1188751}}

== Ссылки ==
{{Навигация}}
* {{cite journal |last=Bethe |first=H. A. |year=1939 |title=Energy Production in Stars |url=https://archive.org/details/sim_physical-review_1939-03-01_55_5/page/n9 |journal=[[Physical Review]] |volume=55 |issue=5 |pages=434–56 |bibcode=1939PhRv...55..434B |doi=10.1103/PhysRev.55.434 |doi-access=free }}
* {{cite journal |last=Iben |first=I. |year=1967 |title=Stellar Evolution Within and off the Main Sequence |url=https://archive.org/details/sim_annual-review-of-astronomy-and-astrophysics_1967_5/page/571 |journal=[[Annual Review of Astronomy and Astrophysics]] |volume=5 |pages=571–626 |bibcode=1967ARA&A...5..571I |doi=10.1146/annurev.aa.05.090167.003035 }}

{{Внешние ссылки}}
{{Звёзды}}

[[Категория:Термоядерные реакции]]
[[Категория:Астрофизика]]