13.1 – Proton-proton kæden

I Solen, og i andre stjerner med lav masse, finder hydrogenforbrænding sted i en række nukleare reaktioner, kaldet​​ proton-proton kæden, der har tre forskellige grene. Den vigtigste​​ gren, der er ansvarlig for cirka 85 procent af solenergien, består af tre trin (se figur 14.4). I det første trin, sammensmelter to hydrogenkerner (kernen i hydrogen består af en proton). Ved den proces, omformes en af protonerne til en neutron, ved at udsende en positivt ladet partikel, kaldet en​​ positron​​ og en anden type elementarpartikel kaldet en​​ neutrino. Denne konversion er en variation af en proces kaldet​​ betahenfald.

 ​​ ​​​​ Positronen udsendes med stor hastighed, og transporterer noget af den energi, som frigives ved reaktionen. Elektroner og positroner, har modsatrettede ladninger, så de tiltrækker hinanden. Som følge heraf, kolliderer den udsendte positron snart med en af de mange elektroner, der bevæger sig frit omkring i midten af Solen. Men positronen er elektronens​​ antipartikel, og som vi vil se i kapitel 21, når en partikel og dens antipartikel kolliderer, udsletter de hinanden, hvormed deres samlede masse omdannes til energi. På denne måde, producerer udslettelsen af elektroner og positroner i Solens kerne, energi i form af gammafotoner. Disse fotoner, bærer en del af den energi som frigives, når de to protoner smelter sammen, og dermed opvarmer de den omgivende gas. Neutrinoen, er der i mod en meget flygtig partikel. Den interaktioner med stof er​​ så svage, at dens mest sandsynlige skæbne er, at undslippe fra Solen uden yderligere interaktioner med andre partikler.

 

 ​​ ​​​​ Følg med i figur 13.4, som vi gennemgår proton-proton kæden. Den nye atomkerne der er dannet af det første trin i kæden, består af​​ en proton og en neutron. Dette er kernen i en tung isotop af hydrogen, kaldet deuterium, eller​​ H2​​ (for at læse denne kemiske stenografi, skal du huske på at grundstoffets symbol, H, angiver antallet af protoner, og hydrogen har altid en proton. Overskriftet​​ angiver summen af antallet af neutroner og protoner. Deuterium har en proton fordi det er en isotop af hydrogen,​​ 2-1=1​​ neutron). I proton-proton kædens andet trin, rammer en anden proton ind i deuteriumkernen og smelter sammen med den, for at danne kernen af en​​ let isotop af helium,​​ He3, der består af to protoner og en neutron. Den energi der frigives i dette trin, transporteres væk som en gammafoton. I det tredje og sidste trin i kæden, kolliderer og fusionerer to​​ He3-kerner og danner en almindelig​​ He4-kerne og udsender​​ to protoner i processen. Den energi der frigives i dette trin, er heliumkernens kinetiske energi og to udstødte protoner.

 

 ​​ ​​​​ Denne dominerende gren af proton-proton kæden, kan skrives symbolsk som:

 

H1+H1  H2+e++v

 

efterfulgt af

 

e++e-  γ+γ

 

H2+H1 He3+γ

 

He3+He3  He4+H1+H1

 

 

 ​​ ​​​​ Her betyder symbolerne​​ e+​​ en positron,​​ e-​​ for en elektron,​​ v​​ (det græske bogstav nu) for en neutrino og​​ γ​​ for en gammafoton.

 ​​ ​​​​ Hastigheden af en proton-proton kædereaktion, afhænger både af temperatur og tryk. Ved den temperatur og det tryk, der findes inde i Solens kerne, er​​ reaktionshastigheden relativ langsom, faktisk ekstrem langsom i forhold til en atombombeeksplosion. Solens langsomme nukleare fusion, er heldigt for livet på Jorden; hvis dens hydrogen blev forbrændt hurtigt, ville Solen have udtømt sin forsyning af hydrogen, for længe siden, og livet ville måske ikke have haft tid til at udvikle sig.

Figur 13.4​​ – Solen, og alle andre hovedseriestjerner, får deres energi, ved at fusionere kernerne i fire hydrogenatomer sammen, for at danne et enkelt heliumatom. I solen​​ kommer omkring 85 procent af den producerede energi, fra den gren af proton-proton kæden vist her.