Heliumbrennen

Vu Wikipedia
Wiesselen op: Navigatioun, sichen
Dräi-Alpha-Prozess

Duerch den Dräi-Alpha-Prozess (3α-Prozess) ginn am Kär vun de Stären dräi Helium-Käre (α-Deelchen) duerch Kärfusiounsreaktiounen an Kuelestoff ëmgewandelt a senden dobäi Gammastralung aus. Dat gëtt och als Heliumbrennen oder, no sengem Entdecker Edwin Salpeter, als Salpeter-Prozess bezeechent.

Viraussetzungen[änneren | Quelltext änneren]

Dës Kärfusiounsreaktioun kann nëmme bei Temperaturen iwwer 100 Millioune Kelvin oflafen a setzt vill Existenz vun Helium viraus. Dofir trëtt si normalerweise nëmmen an den Zentren vu Stären a spéidere Phasen vun hirer Entwécklung op, an deenen e méi héijen Drock a méi héich Temperaturen wéi momentan an der Sonn sinn a masseg Helium schonn duerch Proton-Proton-Reaktioune oder den Bethe-Weizsäcker-Zyklus (CNO-Zyklus) bewierkt goufen. Bei de noutwendegen Temperaturen sinn all bedeelegt Atomkäre vollstänneg ioniséiert, d. h. ouni Elektroneverpackung.

D'Sonn gëtt erréicht beim Antrëtt an déi lescht Phas vun hirem Liewenszyklus, an ronn 4 Milliarde Joer, an der Lag sinn, d'Heliumbrennen unzefänken, nodeem an hirem Kärberäich duerch d'Waasserstoffbrennen all Waasserstoff zu Helium fusionéiert gouf. De méi héije Stralungsdrock während dem Heliumbrennen féiert zu engem Opbläen vun de baussenzegte Sonneschichten, déi sech elo wéinst der gréisserer Uewerfläch ofkillen, wourophin sech d'Stralungsspektrum vun der Photosphär vun der Sonn zu méi laange Wellelängte verréckelt. E Stär an dësem Zoustand gëtt dofir als roude Ris bezeechent.

Oflaf[änneren | Quelltext änneren]

Am Eenzelnen leeft beim 3α-Prozess Folgendes of:

\mathrm{\ ^4He + \ ^4He \longleftrightarrow \ ^8Be + \gamma - \ 91,78 \ keV} endotherm
\mathrm{\ ^8Be + \ ^4He \longrightarrow \ ^{12}C + \gamma + \ 7,367 \ MeV} exotherm

De Nettoenergieundeel, dee bei dësem Prozess fräi ginn ass, ass 7,275 MeV. De Kuelestoffkär 12C kann als Ausgangsstoff beim ë. Ë. spéider asetzenden Kuelestoffbrennen déngen.

D'Energiefräisetzungsquote ass beim 3α-Prozess proportional zu der 30. Potenz vun der Temperatur. Doduerch bewierkt eng Temperaturerhéijung ëm 5 % eng Augmontatioun vun 332 % bei der Energiefräisetzung.

Deen am éischte Schrëtt gebilte Berylliumkär 8Be ass net stabil an zerfält mat enger mëttlerer Liewensdauer vun 2,6•10−16 s nees an zwéi Heliumkäre 4He; dofir ass et fir d'Bildung vun engem Kuelestoffkär noutwendeg, datt dräi α-Deelercher bal simultan zesummestoussen (dofir de Numm 3α-Prozess). Well fir e sou eent Zesummetreffen eng niddrege Wahrscheinlechkeet besteet, ass e laangen Zäitraum néideg, fir Kuelestoff ze produzéieren. Eng Konsquenz doraus ass, datt duerch den Urknall kee Kuelestoff produzéiert gouf, well d'Temperatur séier ënner déi fir d'Fusioun néideg ofgefall war. Dëst Problem gëttoch als Beryllium-Barriere bezeechent.

Gewéinlech ass d'Wahrscheinlechkeet fir d'Optrieden vum 3α-Prozess ganz kleng. Den energetesche Grondzoustand vun 8Be entsprécht awer bal genee der Energie zwéier α-Deelercher. D'Energie vun de béide Käre 8Be an 4He aus dem zweete Schrëtt entsprécht nees bal genee der Energie vun engem Uregungszoustand vum 12C. Dës béid Resonanzen erhéijen staark d'Wahrscheinlechkeet, datt en ukommend α-Deelchen mat engem 8Be zu 12C fusionéiert. Well duerch den 3α-Prozess schonn d'Stäre vun den éischten nom Urknall entstanener Generatioun an der Lag waren, 12C a groussen Iwwerflëss ze produzéieren, gëtt dëst Isotop och als primäert Isotop vum Kuelestoff bezeechent.

D'Tatsach, datt d'Existenz vu Kuelestoff am Universum vun der geneeër Héicht vum ugereegten Energieniveau vum Berylliumkär 8Be ofhänkt, souwéi déi kleng Wahrscheinlechkeet weiderféierender Fusiounsprozesser no der Synthes vu Sauerstoff goufen vum Fred Hoyle als Hiwäis op d'Existenz vun enger schëpfrescher Kraaft gesinn. Dës speziell Problematik gliddert sech allerdéngs an de ganze Komplex vun der nach net verstanener, tatsächlecher oder schäinbarer Fäinofstëmmung vun de Naturkonstanten an.[1].

Folgereaktiounen[änneren | Quelltext änneren]

Eng Folgeerschäinung vum 3α-Prozess ass, datt etlech vun de Kuelestoffkäre 12C mat weideren Heliumkären 4He fusionéiere kënnen, woubäi dat stabilt Isotop 16O vum Sauerstoff gebilt an Energie fräigesat gëtt:

\mathrm{\ ^{12}C + \ ^4He \longrightarrow \ ^{16}O + \gamma}

Dee nächsten Ëmwandlungsschrëtt, bei deem Sauerstoff 16O mat α-Deelercher fusionéieren géif, fir Neon 20Ne ze bilden, stellt sech duerch vu Kärspinregelen als onwahrscheinlech eraus. Dat féiert zu enger Situatioun, an där déi stellar Nukleosynthes grouss Deeler u Kuelestoff a Sauerstoff produzéiert, awer vun enger Ëmwandlung vun de meeschten dëser Elemente an Neon a méi schwéier Elemente ofgehale gëtt.

Souwuel Sauerstoff wéi och Kuelestoff bilden domat d'»Äschen« vum Heliumbrennen; de Kär vum Stär besteet um Enn vun dëser Fusiounsphas am Wiesentlechen aus dëse béide Elementen.

Literatur[änneren | Quelltext änneren]

  • Povh, Bogdan et al.: Teilchen und Kerne, 4. Auflage, Springer Verlag 1997, ISBN 3-540-61737-X, S. 318-320
  • Salpeter, E. E., Astrophys. J. 115 (1952) 326

Kuckt och[änneren | Quelltext änneren]

Saturn 01.svg Portal Astronomie

Referenzen[änneren | Quelltext änneren]

  1. Hoyle, Fred. "The Universe: Past and Present Reflections", Annual Reviews of Astronomy and Astrophysics, 20 (1982)