دورة الكربون-نيتروجين

استعراض لدورة CNO-I .

دورة CNO (كربون-نيتروجين-أكسجين) هى أحد طريقتين لتفاعلات الإندماج والتى تحول النجوم بها الهيدروجين إلى هيليوم, والتفاعل الأخر يسمى سلسلة بروتون-بروتون. بينما سلسلة بروتون-بروتون أكثر أهمية للنجوم التى في حجم الشمس أو أقل. وتوضح التصورات النظرية أن دورة CNO هى المصدر الغالب للطاقة للنجوم الأثقل. وتم إقتراح عملية CNO في عام 1938 عن طريق هانز بيتا.

 CNO-I

التفاعلات الرئيسية لدورة CNO هي 12
6C→13
7N→13
6C→14
7N→15
8O→15
7N→12
6C:

12 6C	+	1 1H	→	13 7N	+	γ			+	1.95 MeV
13 7N			→	13 6C	+	e+	+	νe	+	2.22 MeV
13 6C	+	1 1H	→	14 7N	+	γ			+	7.54 MeV
14 7N	+	1 1H	→	15 8O	+	γ			+	7.35 MeV
15 8O			→	15 7N	+	e+	+	νe	+	2.75 MeV
15 7N	+	1 1H	→	12 6C	+	4 2He			+	4.96 MeV

where the Carbon-12 nucleus used in the first reaction is regenerated in the last reaction.

 CNO-II

في فرع ثانوي من التفاعل، يحدث في قلب الشمس، في مجرد 0.04% من الوقت، التفاعل النهائي المبين أعلاه لا ينتج كربون-12 وجسيم ألفا، وبدلاً من ذلك ينتج أكسجين-16 وفوتون ويستمر 15
7N→16
8O→17
9F→17
8O→14
7N→15
8O→15
7N:

15 7N	+	1 1H	→	16 8O	+	γ			+	12.13 MeV
16 8O	+	1 1H	→	17 9F	+	γ			+	0.60 MeV
17 9F			→	17 8O	+	e+	+	νe	+	2.76 MeV
17 8O	+	1 1H	→	14 7N	+	4 2He			+	1.19 MeV
14 7N	+	1 1H	→	15 8O	+	γ			+	7.35 MeV
15 8O			→	15 7N	+	e+	+	νe	+	2.75 MeV

Like the carbon, nitrogen, and oxygen involved in the main branch, the fluorine produced in the minor branch is merely catalytic and at steady state, does not accumulate in the star.

 دورة OF

This subdominant branch is significant only for massive stars. The reactions are started when one of the reactions in CNO-II results in fluorine-18 and gamma instead of nitrogen-14 and alpha, and continues 17
8O→18
9F→18
8O→19
9F→16
8O→17
9F→17
8O:

17 8O	+	1 1H	→	18 9F	+	γ			+	5.61 MeV
18 9F			→	18 8O	+	e+	+	νe	+	1.656 MeV
18 8O	+	1 1H	→	19 9F	+	γ			+	7.994 MeV
19 9F	+	1 1H	→	16 8O	+	4 2He			+	8.114 MeV
16 8O	+	1 1H	→	17 9F	+	γ			+	0.60 MeV
17 9F			→	17 8O	+	e+	+	νe	+	2.76 MeV

لاحظ أن كل تلك الدورات لها نفس النتيجة النهائية:

4 1
1H  →  4
2He  +  2 e+  +  2 νe  +  γ  +  26.8 MeV

 الاستخدام في الفلك

بينما الرقم الإجمالي لنوايا دورة CNO "المحفزة" يظل ثابتاً في الدورة، في التطور النجمي the relative proportions of the nuclei are altered. When the cycle is run to equilibrium, the ratio of the carbon-12/carbon-13 nuclei is driven to 3.5, and nitrogen-14 becomes the most numerous nucleus, regardless of initial composition. During a star's evolution, convective mixing episodes bring material in which the CNO cycle has operated from the star's interior to the surface, altering the observed composition of the star. عملاق أحمر stars are observed to have lower carbon-12/carbon-13 and carbon-12/nitrogen-14 ratios than main sequence stars, which is considered to be convincing evidence for the operation of the CNO cycle.

النتيجة النهائية هى إندماج أربعة بروتونات ليصبحوا 1 جسيم ألفا, و2 بوزينرون, و2 نيوترينو, وتنطلق طاقة في شكل أشعة جاما. وتعمل نويات كل من الكربون والأكسجين والنيتروجين كعوامل حفازة ويتم إنتاجهم من جديد.

وفى تفرع جانبى للتفاعل, يحدث بنسبة 0.04 % من المرات, لا ينتج التفاعل النهائي الموضح بالأعلى ¹²C, و⁴He, ولكن بدلا من ذلك ¹⁶O وفوتون ويحدث كالتالى:

15N + 1H	←	16O + γ
16O + 1H	←	17F + γ
17F	←	17O + e+ + νe
17O + 1H	←	14N + 4He

وكما يحدث للكربون والنيتروجين والأكسجين في التفاعل الرئيسي, فإن الفلور الناتج في التفرع الجانبي للتفاعل ليس إلا عامل حفز وفى حالته المستقرة, لا يتكدس في النجم.

 شاهد أيضا

• عملية ألفا ثلاثية
• سلسلة بروتون-بروتون

 المصادر

• ويكيبيديا الإنجليزية.

 وصلات خارجية

• H. A. Bethe: Energy Production in Stars, 1938
• I. Iben: Stellar Evolution Within and off the Main Sequence, 1967