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2013 年 8 月 7 日

太陽系的前世今生 (219):熱碳氮氧循環 (HCNO cycle)

影像提供 : 維基百科
文字提供 : 陳輝樺 (NMNS )  

說明 : 超新星爆發 (novae) 或是 X 射線 爆 (x-ray bursts) 的高溫、高壓時,質子獲取速率大於 β 粒子衰變 (beta-decay) 而迫使核粒子產生不穩定處於質子滴線 (proton drip line)上,也就是說,放射性的物種將會由抓取的質子快速地透過 β 粒子衰變產生高核子量的 α 粒子 (4He 的核心)。類似在恆星內部的 碳氮氧循環 (CNO cyclecarbonnitrogenoxygen cycle,也稱為貝斯-魏茨澤克-循環) 主要產能方式將氫 (1H) 轉換成氦 (4He) 的主要過程 ,也有熱碳氮氧循環 (HCNO cycle) 。其中 HCNO-I 循環 (12C  → 13N → 14O 14N → 15O → 15N → 12C) 如下: (HCNO-I 13N 先抓取質子生成 14O 才釋出  e+ + νe 形成 14N,有別於 CNO-I 13N 先釋出  e+ + νe 生成 13C 才抓取質子形成  14N),期過程示意如下:

            12C + 1H → 13N + γ + 1.95 MeV

                                13N + 1H → 14O + γ  + 4.63 MeV

                                              14O  → 14N +  e+ + νe + 5.14 MeV


                                                                      14N + 1H → 15O + γ + 7.35 MeV

                                                                                          15O → 15N + e+ + νe + 2.75 MeV

                                                                                                                             15N + 1H → 12C + 4He + 4.96 MeV

        這個循環與碳氮氧循環 CNO-I 相同的淨效應是 4 個質子 (p) 成為一個 α 粒子 (4He 的核心)、2 個正子 (e+) 和 2 個電子微中子 (νe)。 碳 ( 12C、13C)、氮 (13N、14N、15N)、和氧 (14O、15O) 核在循環中擔任催化劑的角色,不會在恆星內累積。

        和 CNO-II 循環相類似的熱碳氮氧循環 HCNO-II 循環 (15N  → 16O → 17F → 18Ne  18F15O  → 15N) 如下:

            15N + 1H → 16O + γ + 12.13 MeV

                                      16O + 1H → 17F + γ + 0.60 MeV

                                                     17F + 1H → 18Ne + γ  + 3.92 MeV

                                                               18Ne → 18F + e+ + νe + 4.44 MeV

                                                                                           18F + 1H → 15O +  4He  + 2.28 MeV

                                                                                                                                              15O  → 15N + e+ + νe + 2.75 MeV

在此小分支上的氟 (17F、18F) 、氖 (18Ne)、氧 (15O、16O、17O) 核在循環中也僅僅是穩定狀態的催化劑,不會在恆星內累積。而其中類似 CNO-IV 循環的氟循環,HCNO-III 循環 (18F  → 19 Ne → 19F → 16O → 17F → 18Ne  → 18F) 如下:

              18F + 1H → 19Ne + γ  + 6.41 MeV

                               19Ne  → 19F + e+ + νe + 3.32 MeV

                                                  19F + 1H → 16O +  4He  + 8.11 MeV

                                                                        16O + 1H → 17F + γ + 0.60 MeV

                                                                                               17F  + 1H → 18Ne + γ  + 3.92 MeV

                                                                                                                      18Ne  → 18F + e+ + νe  + 4.44 MeV 

明日主題 : 太陽系的前世今生 (220):太陽內部組成的秘密
天文史上的今天 : 1779 年 8 月 7 日,德國地理學家卡爾•李特爾 (Carl Ritter,1779.8.7. - 1859.9.28.)出生。他認為地理學是研究「空間分布的各種架構原理」的科學,後世尊稱他為人文地理學之父。
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