Heliumbrennen

Dräi-Alpha-Prozess

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

Viraussetzungen

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 Zentre vu Stären a spéide Phase vun hirer Entwécklung op, an deenen e méi héijen Drock a méi héich Temperature wéi momentan an der Sonn sinn a masseg Helium schonn duerch Proton-Proton-Reaktiounen oder de Bethe-Weizsäcker-Zyklus (CNO-Zyklus) bewierkt goufen. Bei den noutwendegen Temperature sinn all bedeelegt Atomkäre vollstänneg ioniséiert, d. h. ouni Elektroneverpakung.

D'Sonn ass eréischt beim Antrëtt an déi lescht Phas vun hirem Liewenszyklus, a ronn 4 Milliarde Joer, an der Lag, d'Heliumbrennen unzefänken, nodeem an hirem Kärberäich duerch d'Waasserstoffbrennen all Waasserstoff zu Helium fusionéiert gouf. De méi héije Stralungsdrock wärend dem Heliumbrenne féiert zu engem Opblose vun de baussenzege Sonneschichten, déi da wéinst der méi grousser Uewerfläch ofkillen, wourophi sech de Stralungsspektrum vun der Photosphär vun der Sonn zu méi laange Wellelängte verréckelt. E Stär an deem Zoustand gëtt dofir als roude Ris bezeechent.

Oflaf

Am Eenzele leeft beim 3α-Prozess Follgendes of:

$\mathrm {\ ^{4}He+\ ^{4}He\longleftrightarrow \ ^{8}Be+\gamma -\ 91,78\ keV}$ endotherm

$\mathrm {\ ^{8}Be+\ ^{4}He\longrightarrow \ ^{12}C+\gamma +\ 7,367\ MeV}$ exotherm

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

D'Energiefräisetzungsquot ass beim 3α-Prozess proportionell zu der 30. Potenz vun der Temperatur. Doduerch bewierkt eng Temperaturerhéijung ëm 5 % eng Augmentatioun 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 zwéin Heliumkären ⁴He; dofir ass et fir d'Bildung vun engem Kuelestoffkär noutwendeg, datt dräi α-Deelercher bal simultan zesummestoussen (dofir den Numm 3α-Prozess). Well fir e sou eent Zesummentreffen eng niddreg Warscheinlechkeet besteet, ass e laangen Zäitraum néideg, fir Kuelestoff ze produzéieren. Eng Konsquenz dovun ass, datt duerch den Urknall kee Kuelestoff produzéiert gouf, well d'Temperatur séier ënner déi néideg Fusiountemperatur gefall war. Dee Problem gëtt och als Beryllium-Barriär bezeechent.

Gewéinlech ass d'Warscheinlechkeet fir d'Optriede vum 3α-Prozess ganz kleng. Den energeetesche Grondzoustand vun ⁸Be entsprécht awer bal genee der Energie vun zwéin α-Deelercher. D'Energie vun de béide Kären ⁸Be an ⁴He aus dem zweete Schrëtt entsprécht nees bal genee der Energie vun engem Uregungszoustand vum ¹²C. Dës béid Resonanzen erhéije staark d'Warscheinlechkeet, datt en ukommenden α-Deelche mat engem ⁸Be zu ¹²C fusionéiert. Well duerch den 3α-Prozess scho d'Stäre vun den éischten nom Urknall entstanener Generatioun an der Lag waren, ¹²C a groussen Iwwerflëss ze produzéieren, gëtt deen Isotop och als primären 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 Warscheinlechkeet weiderféierender Fusiounsprozesser no der Synthees vu Sauerstoff goufe 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..

Follgereaktiounen

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

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

Dee nächsten Ëmwandlungsschrëtt, bei deem Sauerstoff ¹⁶O mat α-Deelercher fusionéiere géif, fir Neon ²⁰Ne ze bilden, stellt sech duerch vu Kärspinreegelen als onwarscheinlech eraus. Dat féiert zu enger Situatioun, an där déi stellar Nukleosynthees vill Kuelestoff a Sauerstoff produzéiert, awer vun enger Ëmwandlung vun de meeschte vun dësen Elementer an Neon an a méi schwéier Elementer 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 béiden Elementer.

Literatur

• 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

Portal Astronomie

• Helium-Blëtz