دانشنامهمفهوم
زنجیرهٔ پروتون-پروتون Proton–proton chain
زنجیرهٔ پروتون-پروتون رشته‌ای از واکنشهای همجوشی هسته‌ای است که در هستهٔ خورشید و ستاره‌های هم‌اندازهٔ آن چهار پروتون را به یک هستهٔ هلیم تبدیل میکند و انرژی آزاد میسازد.
نام‌های دیگر: واکنش زنجیره‌ای پروتون پروتون
خورشید هر ثانیه حدود ۶۰۰ میلیون تن هیدروژن را به هلیم تبدیل میکند و بخش بزرگ این کار با زنجیرهٔ پروتون-پروتون انجام میشود. این واکنش‌ها در هستهٔ ستارهٔ با دمای بیش از ۴ میلیون کلوین آغاز می‌شوند و در خورشید، با دمای هسته‌ای حدود ۱۵ میلیون کلوین، با بازدهی بالا کار میکنند. هانس بته و چارلز کریچفیلد در ۱۹۳۸ این زنجیره را توضیح دادند و بته در ۱۹۳۹ چرخهٔ CNO را نیز.
زنجیرهٔ پروتون-پروتون چگونه کار میکند؟
شاخهٔ اصلی در سه گام پیش می‌رود. نخست دو پروتون به هم می‌پیوندند، یکی از آن‌ها به نوترون تبدیل میشود و دوتریوم (هیدروژن سنگین)، یک پوزیترون و یک نوترینو پدید میآید. سپس دوتریوم با یک پروتون دیگر هلیم-۳ میسازد و پرتو گاما آزاد میکند. در گام پایانی دو هستهٔ هلیم-۳ با هم برخورد میکنند و یک هسته هلیم-۴ و دو پروتون بازمی‌گردانند. نتیجهٔ کلی چنین است:
انرژی آزادشده در هر چرخه حدود ۲۶٫۷ مگاالکترونولت است. حدود ۰٫۷ درصد جرم اولیه به انرژی تبدیل میشود، طبق رابطهٔ $E = mc^2$.
چرا این واکنش بسیار کند است؟
گام نخست به برهم‌کنش ضعیف نیاز دارد، پس بسیار نادر است: هر پروتون در هستهٔ خورشید به‌طور متوسط میلیاردها سال باید منتظر بماند. همین کندی سبب میشود خورشید حدود ۱۰ میلیارد سال بدون انفجار بسوزد. بقیهٔ واکنش‌ها سریع‌اند. این روش همجوشی هسته‌ای را در ستاره‌های کم‌جرم تأمین میکند.
شاخه‌ها و چرخهٔ CNO
شاخه‌های دیگر این زنجیره هلیم-۳ را با هلیم-۴ یا با پروتون ترکیب میکنند. در ستاره‌های سنگین‌تر از حدود ۱٫۳ برابر خورشید، چرخهٔ CNO (کربن-نیتروژن-اکسیژن) غالب میشود. نوترینوهای حاصل از این واکنش‌ها روی زمین آشکار می‌شوند و چالش مسئلهٔ نوترینوی خورشیدی را مطرح کردند که با تبدیل نوترینوها حل شد. بررسی هسته‌زایی ستاره‌ای نیز از همین‌جا آغاز میشود.
پرسش‌های رایج
### زنجیرهٔ پروتون-پروتون چیست؟
زنجیرهٔ پروتون-پروتون مجموعهای از واکنشهای همجوشی است که هیدروژن را در هستهٔ ستاره به هلیم تبدیل میکند.
### چرا خورشید با زنجیرهٔ پروتون-پروتون می‌سوزد؟
دمای هستهٔ خورشید حدود ۱۵ میلیون کلوین است که برای این زنجیره کافی است و چرخهٔ CNO در آن سهم کمی (حدود یک درصد) دارد؛ پس تقریباً همهٔ انرژی خورشید از این زنجیره میآید.
### در زنجیرهٔ پروتون-پروتون چه مقدار انرژی آزاد میشود؟
در هر چرخهٔ کامل حدود ۲۶٫۷ مگاالکترونولت انرژی آزاد میشود که حدود ۰٫۷ درصد جرم هیدروژن اولیه است.
### آیا زنجیرهٔ پروتون-پروتون نوترینو میسازد؟
بله، در این زنجیره نوترینو پدید میآید و آشکارسازهای زیرزمینی آن را از خورشید دریافت میکنند.