Proton-protoncyclus

Uit Wikipedia, de vrije encyclopedie
Ga naar: navigatie, zoeken
Schematisch overzicht van de proton-protoncyclus.

De proton-protoncyclus is één van de twee belangrijke groepen kernfusiereacties in zwakkere sterren, zoals de zon. Bij de proton-protoncyclus worden in verschillende stappen vier waterstofkernen (protonen) omgezet in een helium-4-kern (alfadeeltje).

PPI-reactie[bewerken]

Eerst komen twee protonen samen en versmelten tot een deuteriumkern, onder uitstoting van een positron en een elektron-neutrino. De deuteriumkern vangt nog een proton op en wordt daarbij omgezet in een helium-3-kern, onder uitzending van een foton (gammastraling). Twee helium-3-kernen fuseren uiteindelijk tot een helium-4-kern en twee protonen. De positronen worden samen met de elektronen geannihileerd onder uitzending van gammastraling (hoogenergetische fotonen ver buiten het spectrum van zichtbaar licht). Echter, deze fotonen doen er miljoenen jaren over om met hun weg te banen naar het steroppervlak, alwaar ze als zichtbaar licht in het universum worden uitgezonden.

\mathrm{^{1}_{1}H\ +\ ^{1}_{1}H\ \longrightarrow\ ^{2}_{1}H\ +\ e^+\ +\ \nu_e\ +\ 0,42\ MeV}
\mathrm{^{2}_{1}H\ +\ ^{1}_{1}H\ \longrightarrow\ ^{3}_{2}He\ +\ \gamma\ +\ 5,49\ MeV}
\mathrm{^{3}_{2}He\ +\ ^{3}_{2}He\ \longrightarrow\ ^{4}_{2}He\ +\ 2\ ^{1}_{1}H\ +\ 12,86\ MeV}

Bij dit proces komt in totaal een energie vrij van 24,68 MeV, ofwel 4 × 10-12 Joule.

De beschreven reacties worden samen ook wel de PPI-cyclus genoemd (PP = proton-proton). Bij hogere temperaturen kunnen protonen ook nog via twee andere reacties worden omgezet in helium-4: PPII en PPIII.

PPII-reactie[bewerken]

Bij de PPII-reactie reageert de helium-3-kern die bij de PPI-cyclus werd gevormd, met een helium-4-kern tot beryllium-7 onder uitzending van een foton. Beryllium-7 is radioactief en vervalt na gemiddeld 54 dagen door elektronenvangst tot lithium-7. Die kern fuseert op zijn beurt met een proton tot beryllium-8, dat ogenblikkelijk uiteenvalt in twee helium-4-kernen.

\mathrm{^{3}_{2}He\ +\ ^{4}_{2}He\ \longrightarrow\ ^{7}_{4}Be\ +\ \gamma}
\mathrm{^{7}_{4}Be\ +\ e^-\ \longrightarrow\ ^{7}_{3}Li\ +\ \bar{\nu}_e\ +\ 0,861\ MeV\ /\ 0,383\ MeV}
\mathrm{^{7}_{3}Li\ +\ ^{1}_{1}H\ \longrightarrow\ ^{8}_{4}Be\ \longrightarrow\ 2\ ^{4}_{2}He}

PPIII-reactie[bewerken]

De beryllium-7-kern die bij de PPII-reactie ontstond, kan ook met een proton fuseren tot boor-8, onder uitzending van een foton. Die kern valt na gemiddeld 0,8 seconden uiteen in twee helium-4-kernen, samen met een positron en een elektronneutrino:

\mathrm{^{3}_{2}He\ +\ ^{4}_{2}He\ \longrightarrow\ ^{7}_{4}Be\ +\ \gamma}
\mathrm{^{7}_{4}Be\ +\ ^{1}_{1}H\ \longrightarrow\ ^{8}_{5}B\ +\ \gamma}
\mathrm{^{8}_{5}B\ \longrightarrow\ ^{8}_{4}Be\ +\ e^+\ +\ \nu_e}
\mathrm{^{8}_{4}Be\ \longrightarrow\ 2\ ^{4}_{2}He}

CNOF-cycli[bewerken]

Een heel ander mechanisme waarbij waterstof wordt omgezet in helium, is de koolstof-stikstofcyclus, die ook wel CNO- of CNOF-cyclus wordt genoemd. Atoomkernen van koolstof, stikstof, zuurstof en fluor fungeren hierin als katalysatoren.

Terwijl voor een effectief CNO-cyclus temperaturen van meer dan 20 miljoen graden nodig zijn, werkt de proton-protoncyclus bij 15 miljoen graden. De proton-protoncyclus vindt plaats in sterren met een massa en temperatuur vergelijkbaar met die van de zon, alsook in lichtere sterren. In zwaardere sterren overheerst de CNO-cyclus.

Zie ook[bewerken]