Einfžhrung i n die Astrophysik Teil 1

8.2. STERNAUFBAU 401
Die pp-Kette
Bei der Critchfield Reaktion (pp-Kette) werden bei der für die Sonne wichtigsten Fusion (pp1) 3 Stufen
durchlaufen:
p + p → D + e + + ν (8.115)
D + p → 3 He + γ (8.116)
3 He + 3 He → 4 He + p + p + γ (8.117)
oder, ausführlich geschrieben:
1
1p 0 + 1 1p 0 → 2 1D 0 + 0 1e + + 0 0ν 1
2
1D 0 + 1 1p 0 → 3 2He 0 + 0 0γ 0
3
2He 0 + 3 2He 0 → 4 2He 0 + 1 1p 0 + 1 1p 0 + 0 0γ 0
(8.118)
(8.119)
(8.120)
Wie durch die Indizes deutlich gemacht, müssen 3 Erhaltungssätze erfüllt werden, nämlich für Baryonen-
, el. Ladungs- und Leptonen-Zahl. Das Positron e + zerstrahlt mit einem Elektron. Die dabei auftretenden
γ-Quanten werden thermalisiert. In Kurzschreibweise können die 3 Reaktionen wie folgt angegeben
werden:
Die pp1-Kette
Fusions-Reaktion 1/Rate Qtot[MeV] Qν[MeV]
p (p, β + ν) D 10 10 yr 1.44 0.52
D (p, γ) 3 He 6 s 5.45 −
3 He ( 3 He, 2p) 4 He 10 5 yr 12.86 −
Dabei bedeutet Q der Massendefekt, also z.B. für die erste Reaktion 2p → D: Q = (2mp − mD)c 2 =
1.44 MeV. Die Wärmetönung ist um 0.511 MeV größer, da das Positron noch zerstrahlt. Qν ist die
maximale Neutrino Energie.
Alternativ kann der letzte Schritt auch wie folgt aussehen. Statt 3 He wird 4 He angelagert und 7 Be
gebildet (pp2-Kette und pp3-Kette):
3 He (α, γ) 7 Be ; Qtot = 1.58 MeV
Das so erzeugte 7 Be kann sich durch Elektroneneinfang in 7 Li umwandeln
7 Be (β − , ν) 7 Li ; Neutrino Linie Qtot = 0.86 MeV
und anschließend (nach Protoneneinfang) zerfallen (pp2-Kette):
7 Li(p, α) 2 4 He ; Qtot = 17.35 MeV
Dieser Prozeß ist wichtig, da er eine niedrige Schwellenenergie besitzt. Mit ihm kann Li sehr effektiv
zerstört werden.
Alternativ kann sich, ausgehend von 7 Be, ein Proton anlagern (pp3-Kette):
7 Be (p, γ) 8 B (β + ν) 8 Be ∗ (α) 4 He
Für die Sonne gilt, daß 86% über die pp1-Kette laufen, die restlichen 14% sind aufgeteilt in 13.98%
für die pp2-Kette und 0.02% für die pp3-Kette. Der Nebenzweig pp3 ist hauptsächlich interessant für
den Nachweis der Neutrinos
8 B (β + ν) 8 Be ; Qtot = 18.01 MeV