تفاعل بروتون-بروتون المتسلسل: الفرق بين النسختين

'''سلسلة تفاعل بروتون-بروتون ''' (بالإنجليزية: Proton–proton chain reaction) هو أحد التفاعلات الجارية في الشمس يتحول بها [[الهيدروجين]] إلى [[الهيليوم ]] وهو يجري أيضا في [[نجم|النجوم ]] وتستمد منه الشمس والنجوم طاقتها. و سلسلةوسلسلة التفاعل الآخرى التي تجري في الالشمس والنجوم وتستمد منها طاقتها هي [[دورة CNO |دورة بيته-فايتزيكر]] . ويغلب تفاعل البروتون-بروتون في الشمس وفي النجوم التي تبلغ كتلتها [[الشمس|كتلة الشمس]] أو أصغر منها .

يتميز هذا التفاعل بان تصحبه انطلاق طاقة كبيرة تنشأ عن [[اندماج نووي ]] للهيدروجين وينتج [[الهيليوم]]. وفي ذلك التفاعل تكون [[كتلة]] الهيليوم الناتج أقل من كتلة الهيدروجين الداخل في التفاعل بنسبة 1 % (يسمى هذا النقص [[نقص الكتلة]]) . هذا النقص في الكتلة يتحول إلى [[طاقة]] طبقا لمعادلة [[أينشتاين]] عن تكافؤ الكتلة والطاقة ،والطاقة، وهي :

: ''E'' = ''mc''²

: m الكتلة

: c [[سرعة الضوء]] في الفراغ .

ويبدأ تفاعل البروتون-بروتون عند أقل درجة حرارة لازمة لحدوث [[اندماج نووي|الاندماج النووي]] . وهو تفاعل من الممكن أن يبدأ عند 3 مليون درجة [[كلفن]] . وتكون جميع الذرات المشتركة في التفاعل [[تأين |متأينة]] ، أي تكون إلكتروناتها قد انفصلت عنها بسبب الحرارة العالية (وتسمى تلك الحالة للمادة [[البلازما في الفيزياء|بلازما]]) . وبسبب الحرارة العالية في الشمس وفي النجوم تكون حالة المادة فيها في حالة البلازما .

ويتناسب معدل إنتاج الطاقة عن طريق تفاعل بروتون-بروتون مع القوة (الأس) 6 لدرجة الحرارة . أي أنه عنما تزيد درجة الحرارة بنسبة 5 % يزيد معدل التفاعل بنسبة 34% وبالتالي تزيد الطاقة بتلك النسبة. بالنسبة إلى التفاعل الجاري في الشمس فهو يجري عند درجة حرارة تصل إلى 12 مليون [[كلفن]] وتحت ضغط عالي جدا في قلب الشمس .

| [[ملف:Wpdms physics proton proton chain 2.svg|250px|center|thumbnail|الخطوة الثانية في تفاعل بروتون-بروتون: يندمج بروتون ونواة الديوتيريوم فتتكون نواة [[الهيليوم]]-3 . يصحب التفاعل إنطلاق [[أشعة جاما|شعاع جاما ]].]]

| [[ملف:Wpdms_physics_proton_proton_chain_3Wpdms physics proton proton chain 3.svg|250px|center|thumb|الخطوة الثالثة في تفاعل بروتون-بروتون: يندمج إثنان من أنوية الهيليوم-3 فيتكون [[الهيليوم]]-4 ويتحرر بروتونان .]]

e⁺ و 1 [[نيوترينو إلكتروني]] ν_e .

ينتج عن التفاعل كمية هائلة من الطاقة تبلغ 42و0 مليون [[إلكترون فولت]] (MeV ) .

ولكي تتغلب البروتونات الداخلة في التفاعل ذات الشحنة الموجبة على قوى التنافر بينهما ([[قانون كولوم|قوة كولوم]]) فلا بد من أن تكون [[طاقة حركية|طاقة لحركة]] للبروتونات عالية . ويجري هذا التفاعل في الشمس بطريقة مستمرة . ولو كان معدل سريان التفاعل أكبر من ذلك لاستهلكت الشمس ما فيها من هيدروجين أسرع كثيرا . ويحمل النيوترينو جزءا من الطاقة قدرة 26و0 مليون إلكترون فولت ويغادر بها الشمس ،الشمس، حيث يكاد أن يكون لا يتفاعل مع المادة .

ويتفاعل البوزيترون مع أحد [[إلكترون|الإكترونات]] e⁻, طبقا لتفاعل [[إفناء إلكترون-بوزيترون]] ، وفي هذا التفاعل يتحول الإثنان بالكامل إلى طاقة ،طاقة، أي تتحول كتلة الإلكترون والبوزيترون الىإلى شعاعين من [[أشعة جاما ]] التي تنطلق في صورة [[طاقة]].

ويمكن للديوتيريوم الناتج عن تفاعل البروتونين (بهد نحو 4و1 [[ثانية]]) أن يتفاعل مع بروتون آخر فيكونان [[نظير ]] [[الهليوم ]] الخفيف ³He

كما يسري هذا التفاعل الأخير للديوتيريوم أيضا في أجرام سماوية تبلغ كتلتها 12 كتلة من كوكب المشترى ،المشترى، وتتعتبر تلك الكتلة الحد الأصغر لنشأة النجوم الصغيرة المسماة [[قزم بني|الأقزام البنية]] .

توجد ثلاثة تفاعلات متسلسة أساسية ينتج عنها [[الهيليوم| الهيليوم-4]] في الطبيعة . وكل منها يبدأ

تندمج نواتين من الهيليوم-3 لتكوين نواة الهليلوم-4 ( [[جسيم ألفا]]) مع تحرر 2 [[بروتون ]]. وتلك تدخل في تفاعلات تالية .

وطبقا لتفاعلات البدء (أنظر أعلاه) حيث تتكون نواتين من الهيليوم-3 وتدخلان في التفاعل الثالث لتكوين الهيليوم-4 ،4، يصحبه انطلاق طاقة (مع طرح الطاقة التي تحملها النيوترينوات وينطلق بها ) ، تنتج طاقة إجمالية قدرها (المجموع) :

2×(0,42 ) MeV

+( 5,49 -0,26 ) MeV

.التي توجد في [[حالة قاعية|الحالة القاعية]] أو في [[حالة إثارة]] .

يتخلل تفاعل إنتاج الهيليوم-4 تكون أنويةعناصر أثقل وسطية مثل [[بريليوم|البريليوم ]] (Be-7 ,7، Be-8 ) و [[بور|البور]] (B-8) ، ولكنها غير مستقرة وسرعان ما تتحلل لإنتاج الهيليوم-4.

يعتبر هذا التفاعل ليس من التفاعلات الرئيسية في إنتاج طاقة الشمس حيث أن درجة حرارتها ليست بهذا العلو ،العلو، إلا أن هذا التفاعل يلعب دور هاما احل مشكلة النيوترينوات الشمسية (أنظر [[نيوترينو|تذبذب النيوترينو]]) ، حيث ينتج هذا التفاعل نيوترينوات ذات طاقة عالية تقترب من 14 مليون إلكترون فولت (تسمى هذه ( نيوترينوات ⁸B )). ويمكن [[عداد نيوترينو|لعدادات البيوترينوات ]] على الأرض عد تلك النيوترينوات بطريقة أكفأ عن عدّها للنيوترينوات ذات طاقة صغيرة .

بمقارنة كتلة [[ذرة]] [[الهيليوم|الهيليوم-4 ]] الناتجة بمجموع كتل الأربعة ذرات [[الهيدروجين]] الداخلة في التفاعل يتبين أن ه يوجد [[نقص الكتلة]] يساوي 007و0 أو 7و0 % ، وهو نقص في كتلة ذرات الهيدروجين. وقد تحول هذا النثص في الكتلة إلى [[طاقة]] ، في صورة [[أشعة جاما]] و [[نيوترينو|نيوترينوات]] خلال المراحل المختلفة من التفاعلات . وكما رأينا أعلاه تبلغ الطاقة الناتجة الإجمالية لسلسلة واحدة من التفاعلات 73و26 [[سوابق SI |ميجا ]] [[إلكترون فولت]] .

والطاقة الناتجة على هيئة أشعة جاما هي وحدها التي تتفاعل مع إلكترونات وبروتونات وتقوم بتسخين باطن الشمس . وتلك الحرارة والضغط التي تنتجه هي التي تقاوم قوي الجاذبية على الشمس التي تحاول أن تنهار الشمس على نفسها وتتقلص.

ولكن النيوترينوات لا تتفاعل مع المادة بطريقة كافية ولذلك فهي لا تساعد على عدم إنهيار الشمس على نفسها تحت فعل الجاذبية . وتغادر النيوترينوات الناتجة من المراحل الثلاثة لتفاعل بروتون-بروتون الشمس حاملة معها النسب 2% و 4% و 3و28% على التوالي من الطاقة الكلية الناتجة خلال تلك التفاعلات .

وما ينطبق على [[الشمس ]] من تلك الوجهة ينطبق أيضا على [[نجم| النجوم]] التي تقترب كتلتها من [[كتلة]] الشمس أو تكون كتلتها أصغر من كتلة الشمس . تستمد تلك النجوم طاقتها من التفاعلات الموصوفة هنا وهي تفاعلات البروتن-بروتون . أما النجوم ذات كتلة أكبر من الشمس فإن تلك التفاعلات يصاحبها أيضا ما يسمى [[دورة CNO]] وهي دورة تفاعلات يُنتج خلالها [[الكربون]] C و [[النيتروجين]] N و [[الأكسجين ]] O ،O، ذلك لأن كتلة النجم الكبيرة تتسبب في ارتفاع كبير في [[درجة حرارة]] قلب النجم ،النجم، مما يسمح بسريان تلك التفاعلات التي لا تتم إلا في درجات حرارة أعلى من درجة حرارة تفاعل البروتون-بروتون.

* [[اندماج في محفظة القصور الذاتي]]