Водородный цикл

ВОДОРОДНЫЙ ЦИКЛ (протон-протонная цепочка), последовательность термоядерных реакций в звёздах, приводящая к превращению водорода в гелий без участия катализаторов. Водородный цикл - основной источник энергии звёзд с массой меньше 1,2 массы Солнца на начальных стадиях их существования (смотри Эволюция звёзд).

Наиболее важные реакции водородного цикла:

(здесь е⁺ - позитрон, е^- - электрон, v - нейтрино, γ - фотон; звёздочкой обозначены возбуждённые состояния ядер).

Водородный цикл начинается столкновением двух протонов ¹Н с образованием ядра дейтерия ²D. Дейтерий реагирует с протоном, образуя изотоп гелия ³Не. Два ядра ³Не при столкновении образуют ⁴Не с отщеплением двух протонов либо ³Не соединяется с ⁴Не и образуется ядро ⁷Ве. Последнее, в свою очередь, захватывает либо электрон, либо протон, и возникает ещё одно разветвление протон-протонной цепочки реакций. В результате водородный цикл может идти тремя различными путями I, II и III. Для реализации ветви I первые две реакции водородного цикла должны осуществиться дважды.

Скорости промежуточных реакций очень велики по сравнению со скоростью первой реакции водородного цикла. Поэтому ²D, ³Не, ⁷Ве, ⁷Li и ⁸В не накапливаются в сколько-нибудь заметных количествах. В недрах Солнца примерно в 92% всех случаев водородный цикл заканчивается ветвью I, в 8% - ветвью II, а на долю ветви III приходится всего 0,01% случаев. Вклад ветви III в скорость генерации солнечной энергии ничтожен, но она важна для детектирования солнечных нейтрино, поскольку при бета-распаде ядра ⁸В испускаются нейтрино высокой энергии - вплоть до 14 МэВ.

Итог каждой ветви водородного цикла - образование ядра ⁴Не из четырёх протонов с испусканием двух нейтрино. При этом выделяется энергия 26,73 МэВ, из которой в среднем около 0,6 МэВ уносят нейтрино. В недрах звёзд при температуре T≥ 1,8-10⁷ К с водородным циклом конкурирует углеродно-азотный цикл.

Лит.: Ядерная астрофизика / Под редакцией А. Г. Масевич. М., 1986.