Stjerners energikilder

Fra Wikipedia, den frie encyklopædi
Gå til: navigation, søg

Stjerners energikilder er i alt overvejende grad kernekraft, nemlig fusion af lettere grundstoffers atomkerner til tungere.

Denne fusion foregår ved, at atomer støder ind i hinanden med enorm hastighed.
Som følge af sammenstødets (forholdsvis) enorme kraft, smelter 2 eller flere lettere atomkerner sammen til tungere atomkerner.

Når tryk (og dermed tæthed) og temperatur er tilstrækkeligt høje i en gas bestående af atomer, vil atomerne støde sammen under deres hurtige bevægelser.

Atomernes hurtige bevægelse er en følge af gassens temperatur, og trykkets størrelse er en følge af, at der er utallige brintatomer i hurtig bevægelse i forhold til rumfang.

Brintfusion[redigér | redigér wikikode]

Brintfusion er "sammensmeltning" af atomer med de laveste af alle atomvægte, nemlig brintatomer, til grundstoffer med højere atomvægt.

Når tryk og temperatur i en gas bestående af brintatomer er tilstrækkeligt høje, vil brintatomerne støde sammen under deres hurtige bevægelse rundt imellem utallige andre brintatomer.
Den hurtige bevægelse er en følge af gassens temperatur – og omvendt, og trykkets størrelse er en følge af, at der er utallige brintatomer i forhold til rumfang – og omvendt.

Miljø for brintfusion[redigér | redigér wikikode]

Et typisk miljø, hvori brintfusion kan foregå, er i kernen på en stjerne.
Her er trykket ekstremt højt som resultat af, at gravitation "forsøger" at samle alt stjernens masse i et punkt i centrum.
Det er umuligt at samle stoffet i punktform i midten af en almindelig stjerne, men gravitation medfører, at brintens tæthed (og hermed tryk) bliver meget stor i forhold til trykket i dele af stjernen, som ligger fjernere fra kernen.

I Solens kerne, der har en temperatur på omkring 15.000.000 °K, fusioneres Brintatomer til Heliumatomer under frigørelse af energi i 3 forskellige proton-proton kernereaktionskæder, kaldet PPI, PPII og PPIII-kæderne.

De 3 kæder i brintfusion[redigér | redigér wikikode]

Uddybende Uddybende artikel: P-P-kæde

PP – proton-proton kæderne[redigér | redigér wikikode]

Der eksisterer 3 forskellige former for brintfusion i stjerner.

skematisk fremstilling af proton-proton kæden
kul-nitrogen-oxygen cyklus

Model for betegnelser ved atomer: AZx hvor A er atomvægt, Z er antal protoner og x er det kemiske symbol.

PP I kæden[redigér | redigér wikikode]

PP I kæden består af tre reaktioner.

I 99,75% af tilfældene er første trin en egentlig PP reaktion, som forløber således:

¹1H + ¹1H → ²1H + e+ + νe (2,0 MeV + 0,5 MeV, heraf νe 0,27 MeV)

i 0,25% af tilfældene er trin 1 i stedet den såkaldte PeP (Proton-elektron-Proton)-reaktion i stedet for PPI kæden:

¹1H + e- + ¹1H → ²1H + νe (2,0 MeV, heraf νe 1,44 MeV)

trin 2: ²1H + ¹1H → ³2He + γ (2,75 MeV) x 2

trin 3: der er 3 forskellige varianter, som optræder med forskellig hyppighed
i 86% af tilfældene: ³2He + ³2He → 42He + 2¹1H (12.9 MeV)
i 14% af tilfældene: ³2He + 42He → 74Be + γ
i 0,00002% af tilfældene: ³2He + ¹¹H → 42He + e+ + νe (den såkaldte Hep proces)

Summen af fusioner og energifrigørelser i PPI:

1H → 42He + 2e+ + 2γ + 2νe (26.7 MeV hhv. 26,2 MeV ved PeP-reaktionen)

hvor H og He er isotoper af Brint og Helium, e+ er en positron (en positivt ladet elektron), γ er en gamma foton og νe er en neutrino.

Hver PPI-kædereaktion frigør altså millioner af elektronvolt (MeV), men trods navnet er en MeV en meget lille energimængde. Til gengæld er antallet af reaktioner pr. sekund kolossalt stort.

PP II kæden[redigér | redigér wikikode]

42He + ³2He → 74Be + γ
74Be + e-73Li + νe
73Li + ¹1H → 242He

PP III kæden[redigér | redigér wikikode]

PP III kæden findes i 2 varianter.

Variant 1 (99,89% af tilfældene):

74Be + e-74Li + νee 0,81 MeV)
74Li + ¹1H → 84Be
84Be → 242He

Variant 2 (som til tider betegnes kæde 4, er meget sjælden og forekommer i kun 0,11% af tilfældene):

74Be + ¹1H → 85B + γ
85B → 84Be + e+ + νee 6,80 MeV)
84Be → 242He

Fusion af tungere grundstoffer[redigér | redigér wikikode]

Oversigt[redigér | redigér wikikode]

Kost Tekst mangler, hjælp os med at skrive teksten

CNO-cyklus[redigér | redigér wikikode]

Uddybende Uddybende artikel: CNO-cyklus

Ud over de tre PP-kæder eksisterer også en anden type kernereaktion, som producerer Helium ved fusion af Brint. Den blev foreslået af Hans Bethe i 1938, kun 6 år efter opdagelsen af neutronen.

I stjerner, som er mere massive end ca. 0,8 solmasser, er kernetemperaturen så høj, at der kan produceres helium i en cyklus af atomare reaktioner med kulstof, kvælstof og ilt som katalysatorer, den såkaldte CNO cyklus eller Carbon-Nitrogen-Oxygen cyklus.

Eftersom CNO-cyklen er meget temperaturafhængig, udgør den en lille del af den samlede energiproduktion i de lette stjerner, men dens betydning vokser eksponentielt med øget stjernemasse.

Miljø for CNO-cyklus
(text kommer senere)

CNO-cyklen forløber således:

126C + ¹1H 137N + γ +1,95 MeV
137N 136C + e+ + νe +1,37 MeV
136C + ¹1H 147N + γ +7,54 MeV
147N + ¹1H 158O + γ +7,35 MeV
158O 157N + e+ + νe +1,86 MeV

Gren 1 (99,96% af alle reaktioner):

157N + 11H 126C + 42He +4,96 MeV

Gren 2 (0,04% af alle reaktioner):

157N + 11H 168O + γ
168O + 11H 179F + γ
179F 178O+ e+ + νe
178O + 11H 147N + 42He

hvor e+ er en positron, γ er en foton, νe er en elektronneutrino, isotoper af hhv. H = Brint (Hydrogen), He = Helium, C = Kulstof (Carbon), N = Kvælstof (nitrogen), O = Ilt (Oxygen) og F = Fluor. Energien frigjort ved denne reaktion er af størrelsesordenen millioner af elektronvolt, der kun er en lille energimængde, men til gengæld sker der et enormt antal reaktioner sideløbende.

Fusion af helium til carbon ved tripel-alfa-processen: To heliumatomer støder sammen og danner en beryllium-8 kerne. Denne er ekstremt ustabil, men kan støde sammen med endnu et heliumatom inden nedbrydningen og danne den stabile carbon-12 kerne.

Triple-alfa Helium-fusion[redigér | redigér wikikode]

Uddybende Uddybende artikel: Tripel-alfa-processen

I udviklede stjerner med kerner, der har temperaturer på 100 millioner Kelvin og masser mellem 0,5 og 10 solmasser, kan helium forvandles til kulstof i Tripel-alfa-processen, der bruger beryllium som mellemled.

Triple-alfa Helium-fusion forløber således

42He + 42He ←→ 8*4Be −93.7 keV
42He + 4Be 12*6C + e+ + e- +7,367 MeV

Nettoreaktionen er:

3 42He 12*6C + γ (+ 7,273 MeV)

8*4Be er en meget ustabil isotop. Hvis den ikke straks støder sammen med en tredje 42He, henfalder den til 24He.

Kulstof-Ilt (CO)fusion[redigér | redigér wikikode]

Astronomi Stub
Denne artikel om astronomi er kun påbegyndt. Hvis du ved mere om emnet, kan du hjælpe Wikipedia ved at udvide den.