He-égés

A H-He fúziónál sokkal bonyolultabb folyamat a He-égés. Ezt szokás 3$ \alpha $-folyamatnak is nevezni, mivel három db. He-mag ($ \alpha $-részecske) kell hozzá. A reakció lépései a következőek:

$ ^4$He + $ ^4$He $ \rightarrow$ $ ^8$Be
$ ^8$Be + $ ^4$He $ \rightarrow$ $ ^{12}{\it C}^\ast$
$ ^{12}{\it C}^\ast$ $ \rightarrow$ $ ^{12}$C + $ \gamma$

A reakció bonyolultságát egyrészt az okozza, hogy az első lépésben keletkező $ ^8$Be radioaktív, rendkívül gyorsan, $ 10^{-16}$ s felezési idővel visszabomlik két $ ^4$He maggá. Ezért a második lépés bekövetkezéséhez az kell, hogy az újabb $ ^4$He maggal történő ütközés ezen rövid időtartamon belül történjen meg. A másik nehezség az, hogy a második lépésben keletkező $ ^{12}{\it C}^\ast$ a $ ^{12}$C egy speciális gerjesztett állapota, amelyből $ \gamma$-foton kibocsátásával a $ ^{12}$C-mag képes stabil alapállapotba kerülni. A gerjesztett állapotú $ ^{12}{\it C}^\ast$ keltése egy rezonáns magreakció, ennélfogva az egész folyamat nagyon érzékenyen függ a hőmérséklettől. (1.64) alapján a hőmérsékletfüggés exponense $ \nu_{3\alpha} = 4,4/T_9 - 3$, ahol $ T_9$ a hőmérséklet $ 10^9$ K egységekben. A három He-mag együttes ütközésének feltétele miatt a sűrűségtől való függés is erősebb, mint azoké a folyamatoké, amelyekben két mag ütközik, a sűrűségfüggés kitevője $ \lambda =
2$. A $ 3
\alpha$-folyamat beindulásához kb. $ \rho \sim 10^6$ g/cm$ ^3$ és $ T \sim 10^8$ K hőmérséklet szükséges. A hőmérsékletfüggés kitevőjének értéke ekkor $ \nu \approx 40$. A $ 3
\alpha$-folyamat tehát sokkal erősebben függ a hőmérséklettől, mint akármelyik H-He fúziós folyamat.

A He-C fúzió egy ciklusa 7,27 MeV energiát termel, ez kb. negyede a H-He fúzió energiahozamának. A tömegegységre jutó energiakeltési ráta összevetésekor ez az arány még rosszabb, kb. 0,1 (mivel a $ 3
\alpha$-folyamathoz több tömeg kell). A He-C fúzió tehát tizedakkora hatásfokú, mint a H-He fúzió. Ahhoz tehát, hogy a csillagok egyensúlya fennmaradjon, a He-égésnek sokkal gyorsabban kell végbemennie, mint a H-He fúziónak.

Szeged 2013-05-01