Ядерное горение дейтерия

Ядерное горение дейтерия — это реакции термоядерного синтеза, которые происходят в звёздах и некоторых субзвёздных объектах. В этих реакциях принимают участие ядра дейтерия: наиболее распространено слияние с протоном, при котором образуется ядро гелия-3.

Ядерные процессы
Радиоактивный распад

Нуклеосинтез

Эти реакции могут идти как часть протон-протонного цикла, в котором ядро дейтерия сначала образовывается из двух протонов, а могут проходить самостоятельно, с использованием уже существующих запасов дейтерия.

В протозвёздахПравить

Термоядерные реакции с участием дейтерия — одни из наименее требовательных к температуре, и могут идти уже при температуре в 106 K[1]. Как следствие, в протозвёздах первой реакцией термоядерного синтеза становится «горение» дейтерия[2].

При этом, темп этих реакций довольно сильно зависит от температуры, пропорционально T11,8. Если случится изменение других параметров, от которых зависит темп реакций, то для сохранения равновесия понадобится очень маленькое изменение температуры. Таким образом, температура в звезде поддерживается примерно на одном уровне, и горение водорода, для начала которого нужна температура порядка 107 K, начинается только после того, как в ядро звезды перестаёт поступать дейтерий.

Дейтерий аккрецирует на протозвезду из околозвёздного пространства, а в ядро попадает из-за того, что протозвезды конвективны до определённого момента времени. Лишь когда конвекция прекращается, заканчивается и горение дейтерия, ядро звезды сжимается и нагревается, пока в нём не загорится водород[3]. Стадия горения дейтерия длится всего несколько миллионов лет[4].

В субзвёздных объектахПравить

Если масса объекта меньше 80 MJ, но больше 13 MJ, то горение водорода в нём не начнётся, но будет идти горение дейтерия. Такие объекты называются коричневыми карликами, и они могут светить до ста миллионов лет, в зависимости от массы, пока их запас дейтерия не закончится[5][6][7].

В планетахПравить

В объектах с твёрдым ядром, то есть, образовавшихся как планеты, тоже возможно горение дейтерия. Их масса, как и для коричневых карликов, также должна превышать 13 MJ, и в таком случае горение дейтерия будет происходить возле твёрдого ядра[8][9].

Другие варианты реакцийПравить

Хотя в горении дейтерия основную роль играет именно слияние дейтерия с протоном и образование гелия-3, возможно несколько различных реакций[10]:

  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  

ПримечанияПравить

  1. Palla, Francesco. Physics of Star Formation in Galaxies. — Springer-Verlag, 2002. — ISBN 978-3-540-43102-2.
  2. Adams, Fred C. The Origin and Evolution of the Universe. — United Kingdom: Jones & Bartlett (англ.), 1996. — С. 47. — ISBN 978-0-7637-0030-0.
  3. Bally, John; Reipurth, Bo. The birth of stars and planets. — Cambridge University Press, 2006. — С. 61. — ISBN 978-0-521-80105-8.
  4. Adams, Fred. Origins of existence: how life emerged in the universe (англ.). — The Free Press, 2002. — P. 102. — ISBN 978-0-7432-1262-5.
  5. LeBlanc, Francis. An Introduction to Stellar Astrophysics. — United Kingdom: John Wiley & Sons, 2010. — С. 218. — ISBN 978-0-470-69956-0.
  6. Lewis, John S. Physics and chemistry of the solar system (англ.). — United Kingdom: Elsevier Academic Press, 2004. — P. 600. — ISBN 978-0-12-446744-6.
  7. Chabrier, G. Deuterium Burning in Substellar Objects (англ.) // The Astrophysical Journal : journal. — IOP Publishing, 2000. — Vol. 542, no. 2. — P. L119. — doi:10.1086/312941. — Bibcode2000ApJ...542L.119C. — arXiv:astro-ph/0009174.
  8. Mollière, P. Deuterium burning in objects forming via the core accretion scenario (англ.) // Astronomy and Astrophysics : journal. — 2012. — 7 November (vol. 547). — P. A105. — doi:10.1051/0004-6361/201219844. — Bibcode2012A&A...547A.105M. — arXiv:1210.0538.
  9. Bodenheimer, Peter. Deuterium Burning in Massive Giant Planets and Low-mass Brown Dwarfs Formed by Core-nucleated Accretion (англ.) // The Astrophysical Journal : journal. — IOP Publishing, 2013. — 20 June (vol. 770, no. 2). — P. 120. — doi:10.1088/0004-637X/770/2/120. — Bibcode2013ApJ...770..120B. — arXiv:1305.0980.
  10. Rolfs, Claus E.; Rodney, William S. Cauldrons in the cosmos: nuclear astrophysics (англ.). — University of Chicago Press (англ.), 1988. — P. 338. — ISBN 978-0-226-72456-0.