Глеб Анфилов - Искусственное Солнце

Итак, первая написанная нами солнечная реакция совершается с каждым отдельно взятым протоном неимоверно редко. Теория указывает, что в условиях солнечных недр средний промежуток времени, при котором она наступает, составляет примерно 14 миллиардов лет! Это, подчеркиваем, средний промежуток времени. Протон может воссоединиться и в первую секунду и через 100 миллиардов лет. Все зависит от стечения обстоятельств. Опять лотерея! Но ведь недра Солнца — это неисчислимые полчища протонов. Поэтому то там, то здесь свершается редчайшая «трехэтажная» случайность.

С неизбежностью, присущей случаю, первый этап синтеза становится действительностью. И во всем Солнце в каждое мгновение происходит огромное количество таких реакций.

Когда на фабрике пущен конвейер, инженеры стремятся заставить его двигаться побыстрее. Это желание понятно: скорее идет конвейер — больше продукции сходит с него за час, за смену, за сутки.

А чем определяется скорость конвейера?

Самой длительной, трудоемкой из неразделимых операций. Пусть, например, на конвейере по производству обуви дольше всего прибить к ботинку подошву. На каждую такую операцию уходит минута. Значит, ботинки сходят с конвейера не чаще, чем через минуту.

Соединение пары протонов -— самая длительная из солнечных ядерных реакций. Поэтому именно она определяет скорость выделения Солнцем энергии.

Последующие реакции совершаются гораздо быстрее.

Образовавшийся дейтон в среднем всего через каких-нибудь 6 секунд встречается с еще одним вольным протоном и соединяется с ним. В результате образуется ядро легкого гелия, состоящее из двух протонов и одного нейтрона, а энергия выделяется в виде весьма энергичной порции невидимого света — гамма-фотона. Символическая запись этой реакции такова:

Пока таким способом возникало ядро легкого гелия, где-то в другом месте так же образовывались подобные частицы. И в среднем через миллион лет два ядра легкого гелия встречаются и воссоединяются. Получается ядро обычного гелия — альфа-частица, и отщепляются два протона, которые вновь начинают свое нескончаемое странствие по солнечным глубинам. Вот как записывают эту третью, завершающую реакцию протонно-протонного цикла:

Как видим, водород через три этапа парных ядерных взаимодействий превратился в гелий. Таков первый «солнечный конвейер».

Могут ли существовать другие цепочки реакций?

Вы можете представить, например, что ядро легкого гелия, как и дейтон, просто захватывает встречный свободный протон. Нет, такой исход не поведет к синтезу, ибо комбинация трех протонов и одного нейтрона нестойкая, Маловероятны и другие возможности. Кстати, сам Бете написал третью реакцию протонно-протонного цикла иначе, вообще придумал ему иное, более сложное и, как выяснилось потом, гораздо менее вероятное продолжение. Приведенная нами последняя реакция найдена физиками лишь в 1951 году.

Зададим теперь такой вопрос: а не может ли происходить каких-нибудь реакций с ядрами гелия-4, возникшими в результате протонно-протонного цикла? Не способны ли альфа-частицы, в свою очередь, вызвать ядерные превращения, сопровождающиеся выделением энергии?

Здесь сразу приходит в голову мысль проверить возможность захвата альфа-частицей еще одного свободного протона. Оказывается, это дело невозможное, ибо таким способом не создается устойчивой комбинации нуклонов.

Второй вариант: быть может, в солнечных недрах альфа-частицы взаимодействуют попарно?

Теория утверждает: такая реакция приведет к тому, что на ничтожное мгновение возникнет ядро бериллия-8, состояшее из четырех протонов и четырех нейтронов и

Однако бериллий-8 при температуре солнечных глубин распадается, не успев вступить ни в какое новое взаимодействие.

А если температура выше 13 миллионов градусов? Если она достигает, скажем, 100 миллионов градусов? Ведь такие условия существуют — пусть не в недрах Солнца, а в недрах других, более горячих звезд.

При 100 миллионах градусов ядро бериллия-8 может успеть, не распавшись, столкнуться и провзаимодействовать с новой альфой-частицей. К этому способна примерно одна десятимиллиардная часть ядер бериллия-8. В результате возникает устойчивое ядро углерода-12

А отсюда начинается новый очень интересный цикл превращения водорода в гелий — так называемый углеродный.

Читатели — любители простокваши—-знают, что она приготовляется из молока крошечными «поварами» — молочнокислыми бактериями. Что-то подобное происходит и в углеродном солнечном цикле. Гелий приготовляется из водорода ядрами углерода, которые тоже играют роль своеобразных «поваров».

Мы уже отмечали, что ядро углерода-12 образуется из альфа-частиц при температуре, слишком высокой даже для Солнца. Но допустим все же, что этот элемент каким-то путем попал в глубины светила (ведь в наружных солнечных слоях углерода немало).

В ядро углерода-12 при достаточно высокой температуре проникает быстрый протон. Тогда возникает ядро

Азот-13 неустойчив. Но картина его распада благоприятна для дальнейшего. Примерно через 14 минут после рождения он преобразует один из своих протонов в нейтрон, испуская позитрон и нейтрино. После распада получается устойчивый изотоп углерода с массовым чис-

Проходит в среднем 2,7 миллиона лет, и в ядро углерода-13 попадет еще один протон. Образуется устойчи-

Минует еще огромный промежуток времени — в среднем 32 миллиона лет. Лишь на его протяжении ядро азо та-14 оказывается способным захватить новый (третий по счету) свободный протон и превратиться, испустив опять гамма-фотон, в неустойчивое ядро кислорода-15

Ядро кислорода-15 живет совсем недолго — в среднем всего 3 минуты. Распадаясь, оно переделывает один из своих протонов в нейтрон. При этом испускаются позитрон и нейтрино. Так кислородное ядро преобразуется