Niz ugljik-dušik-kisik

Niz ugljik – dušik – kisik ili CNO niz je jedan od dvije reakcije nuklearne fuzije, kojim zvijezde pretvaraju vodik u helij, a drugi je niz proton – proton. Razlika je kod CNO niza da je kod te nuklearne fuzije potreban katalizator. Teorija tvrdi da su to procesi koji prevladavaju kod zvijezda koji su veće barem 30 % od našeg Sunca. Razlika je u početnim temperaturama, tako za početak p-p niza treba temperatura od 4 000 000 K, dok za CNO niz treba za početak oko 13 000 000 K. Kod CNO niza izlazna energija puno brže raste s povećanjem temperature i kod temperature 17 000 000 K taj proces prevladava u većim zvijezdama od Sunca.^[1] Sunce ima temperaturu u jezgri oko 15 700 000 K i samo 1,7 % helija se dobije s CNO nizom.

Prikaz CNO I niza

Kod CNO niza, četiri protona (jezgre vodika) se spajaju, koristeći izotope ugljika, dušika i kisika, stvaraju alfa-čestice, dva pozitrona i dva neutrina. Pozitroni će odmah nestati reagirajući S elektronima, oslobađajuci energiju u obliku gama-čestica. Neutrina koji pobjegnu odmah, odnose i dio energije. Izotopi ugljika, dušika i kisika služe kao katalizatori za veliki broj procesa. ^{[2] [3]}

CNO I niz

Glavna reakcija kod CNO niza je: ₆¹²C -> ₇¹³N -> ₆¹³C -> ₇¹⁴N -> ₈¹⁵O -> ₇¹⁵N -> ₆¹²C ^[4]

₆¹²C + ₁¹H -> ₇¹³N + y + 1,95 MeV

₇¹³N -> ₆¹³C + e⁺ + v_e + 2,22 MeV

₆¹³C + ₁¹H -> ₇¹⁴N + y + 7,54 MeV

₇¹⁴N + ₁¹H -> ₈¹⁵O + y + 7,35 MeV

₈¹⁵O -> ₇¹⁵N + e⁺ + v_e + 2,75 MeV

₇¹⁵N + ₁¹H -> ₆¹²C + ₂⁴He + 4,96 MeV

gdje jezgra ugljika-12 koja se koristi u prvoj reakciji, obnavlja se u zadnjoj reakciji.

CNO II niz

To je jako mali put reakcije koji se dešava u Sunčevoj jezgri, samo oko 0,04 %, i konačna reakcija ne stvara ugljik-12 i alfa-čestice, već se stvara kisik-16 i foton: ₇¹⁵N -> ₈¹⁶O -> ₈¹⁷F -> ₈¹⁷O -> ₇¹⁴N -> ₈¹⁵O -> ₇¹⁵N

₇¹⁵N + ₁¹H -> ₈¹⁶O + y + 12,13 MeV

₈¹⁶O + ₁¹H -> ₉¹⁷F + y + 0,60 MeV

₉¹⁷F -> ₈¹⁷O + e⁺ + v_e + 2,76 MeV

₈¹⁷O + ₁¹H -> ₇¹⁴N + ₂⁴He + 1,19 MeV

₇¹⁴N + ₁¹H -> ₈¹⁵O + y + 7,35 MeV

₈¹⁵O -> ₇¹⁵N + e⁺ + v_e + 2,75 MeV

Kao što ugljik, dušik i kisik su uključeni u glavni put, ovdje se pojavljuje fluor, na sporednom putu i služi samo kao katalizator, ne skupljajući se u zvijezdi.

OF niz

Ovaj put je značajan samo za masivne zvijezde. Reakcija počinje kada CNO II niz stvara: ₈¹⁷O -> ₉¹⁸F -> ₈¹⁸O -> ₉¹⁹F -> ₈¹⁶O -> ₉¹⁷F -> ₈¹⁷O

₈¹⁷O + ₁¹H -> ₉¹⁸F + y + 5,61 MeV

₉¹⁸F -> ₈¹⁸O + e⁺ + v_e + 1,656 MeV

₈¹⁸O + ₁¹H -> ₉¹⁹F + y + 7,994 MeV

₉¹⁹F + ₁¹H -> ₈¹⁶O + ₂⁴He + 8,114 MeV

₈¹⁶O + ₁¹H -> ₉¹⁷F + y + 0,60 MeV

₉¹⁷F -> ₈¹⁷O + e⁺ + v_e + 2,76 MeV

Treba primijetiti da svi ciklusi daju iste rezultate:

4 x ₁¹H -> ₂⁴He + 2 x e⁺ + 2 x v_e + 3 x y + 26,8 MeV

Upotreba u astronomiji

Kod zvjezdane evolucije udio pojedinih jezgri ugljika, dušika i kisika se mijenja. Kada je ta vrsta nuklearne fuzije u ravnoteži, udio ugljika-12/ugljika-13 je 3,5, a dušik-14 postaje najzastupljeniji s obzirom na početne uvjete. Za vrijeme zvjezdane evolucije, konvektivno mješanje donosi material iz CNO niza prema površini, mjenjajući sastav zvijezde. Kod crvenog diva je primjećeno manji udio ugljika-12/ugljika-13 i ugljika-12/dušika -14 u odnosu na glavni niz zvijezda. Prisustvo ugljika, dušika i kisika je primjećeno u vanjskim dijelovima zvijezdi koje imaju do 150 masa Sunca.

Izvori

1. Schuler, Simon C.; King, Jeremy R.; The, Lih-Sin (August 2009). „Stellar Nucleosynthesis in the Hyades Open Cluster”. the Astrophysical Journal 701 (1): 837-849. arXiv:0906.4812. DOI:10.1088/0004-637X/701/1/837.
2. von Weizsäcker, C. F. (1938). „Über Elementumwandlungen in Innern der Sterne II (Element Transformation Inside Stars, II)”. Physikalische Zeitschrift 39: 633–46.
3. Bethe, H. A. (1939). „Energy Production in Stars”. Physical Review 55 (5): 434–56. DOI:10.1103/PhysRev.55.434. Arhivirano iz originala na datum 2011-09-27. Pristupljeno 2015-02-16.
4. Kenneth S. Krane (1988). Introductory Nuclear Physics. John Wiley & Sons. str. 537. ISBN 0-471-80553-X.