lang=ca|miniatura|La cadena protó-protó domina en estrelles de la mida del Sol o més petites. Aquí hi ha representades les reaccions de fusió nuclears corresponents a la branca ppI, que és la predominant (> 80 %).|500x500px La cadena protó-protó és una de les dues reaccions de fusió que es produeixen en les estrelles per a convertir l'hidrogen en heli, l'altre procés conegut és el cicle CNO. Les cadenes protó-protó són més importants en estrelles de la grandària del Sol o menors. El balanç global del procés és l'equivalent d'unir quatre protons per a formar un nucli d'heli 4 (2 protons + 2 neutrons) al temps que s'alliberen dos positrons, dos neutríns i dos fotons :

Per a vèncer la repulsió electromagnètica entre dos nuclis d'hidrogen calen grans quantitats d'energia. A les temperatures estel·lars d'entre deu i vint milions de kèlvins, el temps mitjà de la reacció és de prop de 10⁹ anys. Temps molt perllongat però més que prou per a sostenir al Sol donada la ingent quantitat d'hidrogen contingut en el nucli del Sol i les enormes quantitats d'energia que, fins i tot aquest baix ritme de reaccions, aporta. Si el temps mitjà de reacció fos bastant més ràpid el Sol hauria esgotat ja el seu hidrogen. Ritmes de reacció massa veloços farien impossible l'estabilitat hidrodinàmica en les estrelles consumint-les en explosions gairebé instantànies després de la seva formació.

En general, la fusió protó-protó ocorre solament si la temperatura (i.e. energia cinètica) dels protons és prou alta com perquè puguin vèncer les forces coulombianes de repulsió mútua. La teoria que els protons són el principi bàsic a partir del qual les estrelles generen la seva energia es remunta als anys 20 quan l'astrònom britànic Arthur Eddington realitza els seus primers mesuraments. En aquests anys les temperatures del Sol es consideraven massa baixes perquè les partícules penetressin la barrera culombiana. Amb el desenvolupament de la mecànica quàntica es va descobrir l'efecte túnel i les implicacions que aquest tenia a l'hora de facilitar la fusió a temperatures teòricament impossibles.

Reaccions de les cadenes pp El primer pas consisteix en la fusió de dos nuclis d'hidrogen ¹H (protons) per donar deuteri ²H, alliberant un positró i un neutrí electrònic d'energia per sobre dels 0,42 MeV, en transformar-se un protó en un neutró.

Aquest primer pas és molt lent perquè depèn de la interacció feble per a convertir un protó en un neutró. De fet és el pas més lent de totes les cadenes pp pel que rep el nom reacció limitant, ja que és el que dicta el ritme de tota la cadena protó-protó. El positró resultant d'aquesta reacció s'aniquila immediatament amb un electró i la seva massa es converteix en energia alliberada a través de dos fotons .

El deuteri produït en el primer pas es pot fusionar amb un altre hidrogen per a produir l'isòtop lleuger heli 3 o :

A partir d'aquest punt la reacció se subdivideix en tres branques diferents que desemboquen totes en la generació d'un nucli 4He. En la ppI l'heli 4 es produeix per la fusió de dos nuclis d'heli 3; les altres dues branques, ppII i ppIII requereixen l'heli 4 prèviament produït en la ppI, ambdues cadenes sorgeixen dels dos camins que el beril·li 7 pot prendre. En el Sol, la cadena ppI es dona amb una freqüència del 83,30 %, la ppII amb el 16,68 % i la ppIII és la més infreqüent amb un 0,12 % d'ocurrència.miniatura|Generació de neutrins solars en les cadenes protó-protó.|350x350px

La cadena ppI La branca ppI completa les anteriors reaccions combinant dos nuclis d'heli 3 per formar heli 4 i recuperar-se dos protons:

L'energia de la cadena de reaccions ppI al complet llença un balanç de 26,7 MeV nets. La cadena ppI és dominant a temperatures de 10 a 14 megakelvins (MK). Per sota de 10 MK, la cadena ppI no produeix molt 4He.

La cadena ppII La cadena ppII té lloc després de la formació d'heli 3 i 4 en la cadena ppI. La seva freqüència és del 16,68 %. Les reaccions són:

La cadena ppII és dominant a temperatures de 14 a 23 MK. El 90 % dels neutrins produïts en la segona reacció tenen una energia de 0,862 MeV, mentre que un 10% sortiran amb 0,383 MeV (depenent de si el liti 7 està en estat excitat o no).

La cadena ppIII La cadena ppIII té una freqüència de només el 0,12 % i consisteix en les següents reaccions que tenen lloc després de la formació del beril·li 7 en la cadena ppII:

Els neutrins produïts en aquesta branca tenen una energia màxima de 14,02 MeV.

La cadena ppIV o Hep La cadena Hep (heli-protó) té una freqüència molt baixa, de només el 2 × 10–5 %. En aquest cas l'heli 3 reacciona directament amb un protó per a donar heli 4:

La reacció pep La reacció pep (protó-electró-protó) és molt rara, ja que en es tracta d'una col·lisió de tres partícules simultàniament la qual cosa és, lògicament, molt més improbable. La reacció pep pot tenir lloc en comptes de la reacció pp, però només amb un 0,24 % en front al 99,76 % de la reacció pp. Aquesta reacció es pot escriure com:

A pesar d'això els neutrins alliberats són més energètics: mentre els neutrins del primer pas de les cadenes pp tenen 0,42 MeV, els neutrins procedents de la reacció pep produeixen 1,442 MeV.

Referències

Vegeu també

Nucleosíntesi estel·lar Procés triple-alfa Cicle CNO

Categoria:Nucleosíntesi