Protoi-protoi katea

Protoi-protoi katea izarretan hidrogenoa helio bihurtzeko gertatzen den bi fusio erreakzioetako bat da, bestea CNO zikloa delarik. Protoi-protoi kateak garrantzitsuagoak dira gure eguzkiaren tamainakoak edo txikiagoak diren izarretan. Prozesuaren balantze globala helio-4ko (2 protoi eta 2 neutroi) nukleo bat eratzeko lau nukleoi eta bi elektroi elkartzearen baliokidea da.

Bi hidrogeno nukleoren arteko aldentze elektromagnetikoa garaitzeko energia kopuru handia behar da. Hamar eta hogei milioi kelvineko izar tenperaturetan, erreakzioaren bataz besteko denbora 1000 milioi urtekoa da. Denbora oso luzea, baina nahikoa eguzkia jasateko eguzkiaren nukleoan dagoen hidrogeno kopuru izugarria, eta, erreakzio erritmo baxu horretan ere sortzen duen energia kopuru handia kontutan hartuta. Erreakzioaren bataz besteko denbora askoz azkarragoa izango balitz, eguzkiak jada bere hidrogeno guztia agortua izango zuen. Azkarregiak liratekeen erreakzio erritmoek ezinezko egingo lukete egonkortasun hidrodinamikoa izarretan, ia sortu bezain pronto eztanda batean desageraraziz.

Orokorrean, protoi-protoi fusioa soilik protoien tenperatura (energia zinetikoa) elkar aldenketaren coulombdar indarrak gainditzeko bezain altua baldin bada gertatzen da. Protoiak izarrek euren energia sortzeko erabiltzen duten oinarrizko printzipioa izatearen teoria 1920ko hamarkadaren hasierakoa da, Arthur Eddingtonek bere lehen neurketak egin zituenean. Garai hartan Eguzkiaren tenperaturak coulombdar hesia igaro ahal izateko baxuegitzat hartzen ziren. Mekanika kuantikoaren garapenarekin tunel efektua aurkitu zen, eta honek, teorikoki ezinezkoak ziren tenperaturetan fusioa errazteko orduan duen eragina.

PP kateen erreakzioak

Lehen pausoak ¹H hidrogenozko bi nukleo (protoiak) ²H deuterioan fusionatzera daroa, positroi bat eta neutrino bat askatuz protoi bat neutroi bihurtu ondoren.

¹H + ¹H → ²H + e⁺ + ν_e (τ ~ 7·10⁹ urte) <-- Denbora mugatzailea

Erreakzio honetan askatutako neutrinoek 0,42 MeV baino gutxiagoko energia dute.

Lehen pauso hau oso motela da, elkarreragin nuklear ahularen mende baitago protoi bat neutroi bihurtu ahal izateko. Izan ere, pp kate guztietako pausorik motelena da, honen ondorioz erreakzio mugatzaile ere baderitzolarik, protoi-nukleo kate guztiaren erritmoa ezartzen duena bait da.

Erreakzio horretatik sortzen den positroia berehala deusezten da elektroi batekin, eta bere massa gamma fotoien bidez askatutako energia bihurtzen da.

e⁺ + e⁻ → 2γ + 1.02 MeV

Erreakzio honen ondoren, lehen pausoan sortutako deuterioa beste hidrogeno batekin fusionatu daiteke ³He heliozko isotopo arin bat sortzeko.

²H + ¹H → ³He + γ + 5.49 MeV (τ ~ 1,4 segundu)

Une honetatik aurrera erreakzioa guztiak ⁴He nukleo baten sorreran amaitzen diren hiru adar ezberdinetan azpibanatzen da. PP-1ean Helio-4a bi Helio-3 nukleoren arteko fusioaren bidez sortzen da, beste bi adarrek, pp2 eta pp3, pp1ean sortutako Heli-4aren beharra dute, bi kateak, berilio-7ak har ditzakeen bi bideetatik sortzen dira. Eguzkian, pp1 katea %91ko maiztasunaz gertatzen da, pp2a %9koarekin, eta pp3a da ez ohikoena, %0,1eko maiztasunarekin.

PP1 katea

³He +³He → ⁴He + ¹H + ¹H + 12.86 MeV (τ ~ 2,4·10⁵ urte)

PP1 erreakzio kate osoaren energiak 26,7 MeV garbiko balantze bat ematen du.
PP1 katea nagusi da 10 eta 14 megakelvin bitarteko tenperaturetan
10 Megakelvindik behera, PP1 kateak ez du ⁴He askorik sortzen.

PP2 katea

³He + ⁴He	→	⁷Be + γ
⁷Be + e⁻	→	⁷Li + ν_e
⁷Li + ¹H	→	⁴He + ⁴He

PP2 nagusi da 14 eta 23 megakelvin bitarteko tenperaturetan

⁷Be(e⁻,ν_e)⁷Li erreakzioan sortutako neutrinoen %90ak 0,861 MeVeko energia dute, beste %10ak 0,383 MeVeko energiarekin irtengo diren bitartean (Litio-7a kitzikatua egotearen ala ez egotearen arabera).

PP3 katea

³He + ⁴He	→	⁷Be + γ
⁷Be + ¹H	→	⁸B + γ
⁸B	→	⁸Be + e⁺ + ν_e
⁸Be	↔	⁴He + ⁴He

PP3 katea nagusi da 23 Megakelvin baino gehiagoko tenperaturatan.

Kate hau ez da Eguzkiaren energia iturri nagusia, bere nukleoko tenperaturak oraindik ez baitira horretarako behar haina handiak. Alabaina, oso garrantzitsua da eguzki neutrinoen arazoan, erreakzio hauek sortzen baitituzte neutrinorik energetikoenak (≤14.06 MeV).

PPIV edo Hep katea

Hepk helio-protoi esan nahi du. Kasu honetan helio 3ak zuzenean protoi batekin erreakzionatzen du Heli-4a emateko.

³He + ¹H → ⁴He + ν_e + e⁺

Askatutako energia

Azkeneko helio-4aren atomoaren masa hasierako 4 protoienarekin alderatuz gero, jatorrizko masaren %0,7a galdu egin dela ikus daiteke. Masa hau energia bihurtzen da, banakako erreakzioetan jaurtitako neutrino eta gamma izpi eran. Kate osoak askatutako energia garbia 26,73 MeVkoa da.

Soilik gamma izpi eran askatutako energiak elkareragiten du protoi eta elektroiekin eta berotzen du Eguzkiaren barnealdea. Berotze honek jasaten du eta bere pisupean kolapsatzea eragozten du.

Neutrinoek apenas elkareragiten dute materiarekin, eta grabitate kolapsoa eragozten ere ez dute laguntzen. Neutrinoek pp1, pp2 eta pp3 kateetan, hurrenez hurren, energiaren %2a, %4a eta %28,3a daramate.

Pep erreakzioa

Pepk protoi-elektroi-protoi esan nahi du. Erreakzio hau oso arraroa da, aldi berean hiru partikulen arteko talka bat bait da, logikoki, askoz inprobableagoa dena. Pep erreakzioa pp erreakzioaren ordez gerta daiteke.

¹H + e⁻ + ¹H → ²H + ν_e

Eguzkian, pep erreakzioaren maiztasuna pp erreakzioarekin alderatuz 1/400ekoa da (400 erreakzioetatik behin). Hala eta guztiz ere, askatutako neutrinoak energetikoagoak dira: pp kateko lehen pausoko neutrinoek soilik 0,42 MeVeko energia duten bitartean, pep erreakziotik askatutako neutrinoek 1,44 MeVeko energia dute.

Ikus, gainera

Kanpo estekak

Datuak: Q223073
Multimedia: Proton-proton chain reaction / Q223073