دورة الكربون-نيتروجين

استعراض لدورة CNO-I .

دورة CNO (كربون-نيتروجين-أكسجين) هى أحد طريقتين لتفاعلات الإندماج والتى تحول النجوم بها الهيدروجين إلى هيليوم, والتفاعل الأخر يسمى سلسلة بروتون-بروتون. بينما سلسلة بروتون-بروتون أكثر أهمية للنجوم التى في حجم الشمس أوأقل. وتوضح التصورات النظرية حتى دورة CNO هى المصدر الغالب للطاقة للنجوم الأثقل. وتم إقتراح عملية CNO في عام 1938 عن طريق هانز بيتا.

CNO-I

التفاعلات الرئيسية لدورة CNO هي C→N→C→N→O→N→12
6C:

12 6C	+	1 خطأ في Template:ProtonsForElement: unknown element hydrogen.H	→	13 7N	+				+	1.95 MeV
13 7N			→	13 6C	+		+		+	2.22 MeV
13 6C	+	1 خطأ في Template:ProtonsForElement: unknown element hydrogen.H	→	14 7N	+	γ			+	7.54 MeV
14 7N	+	1 خطأ في Template:ProtonsForElement: unknown element hydrogen.H	→	15 8O	+	γ			+	7.35 MeV
15 8O			→	15 7N	+	e+	+	νe	+	2.75 MeV
15 7N	+	1 خطأ في Template:ProtonsForElement: unknown element hydrogen.H	→	12 6C	+	4 2He			+	4.96 MeV

where the Carbon-12 nucleus used in the first reaction is regenerated in the last reaction.

CNO-II

في فرع ثانوي من التفاعل، يحدث في قلب الشمس، في مجرد 0.04% من الوقت، التفاعل النهائي المبين أعلاه لا ينتج كربون-12 وجسيم ألفا، وبدلاً من ذلك ينتج أكسجين-16 وفوتون ويستمر N→O→[[fluorine-17|17
خطأ في Template:ProtonsForElement: unknown element fluorine.خطأ في Template:SymbolForElement: عنصر غير معروف fluorine]]→O→N→O→15
7N:

15 7N	+	1 خطأ في Template:ProtonsForElement: unknown element hydrogen.H	→	16 8O	+	γ			+	12.13 MeV
16 8O	+	1 خطأ في Template:ProtonsForElement: unknown element hydrogen.H	→	17 خطأ في Template:ProtonsForElement: unknown element fluorine.خطأ في Template:SymbolForElement: عنصر غير معروف fluorine	+	γ			+	0.60 MeV
17 خطأ في Template:ProtonsForElement: unknown element fluorine.خطأ في Template:SymbolForElement: عنصر غير معروف fluorine			→	17 8O	+	e+	+	νe	+	2.76 MeV
17 8O	+	1 خطأ في Template:ProtonsForElement: unknown element hydrogen.H	→	14 7N	+	4 2He			+	1.19 MeV
14 7N	+	1 خطأ في Template:ProtonsForElement: unknown element hydrogen.H	→	15 8O	+	γ			+	7.35 MeV
15 8O			→	15 7N	+	e+	+	νe	+	2.75 MeV

Like the carbon, nitrogen, and oxygen involved in the main branch, the fluorine produced in the minor branch is merely catalytic and at steady state, does not accumulate in the star.

دورة OF

This subdominant branch is significant only for massive stars. The reactions are started when one of the reactions in CNO-II results in fluorine-18 and gamma instead of nitrogen-14 and alpha, and continues O→[[fluorine-18|18
خطأ في Template:ProtonsForElement: unknown element fluorine.خطأ في Template:SymbolForElement: عنصر غير معروف fluorine]]→O→[[fluorine-19|19
خطأ في Template:ProtonsForElement: unknown element fluorine.خطأ في Template:SymbolForElement: عنصر غير معروف fluorine]]→O→[[fluorine-17|17
خطأ في Template:ProtonsForElement: unknown element fluorine.خطأ في Template:SymbolForElement: عنصر غير معروف fluorine]]→17
8O:

17 8O	+	1 خطأ في Template:ProtonsForElement: unknown element hydrogen.H	→	18 خطأ في Template:ProtonsForElement: unknown element fluorine.خطأ في Template:SymbolForElement: عنصر غير معروف fluorine	+	γ			+	5.61 MeV
18 خطأ في Template:ProtonsForElement: unknown element fluorine.خطأ في Template:SymbolForElement: عنصر غير معروف fluorine			→	18 8O	+	e+	+	νe	+	1.656 MeV
18 8O	+	1 خطأ في Template:ProtonsForElement: unknown element hydrogen.H	→	19 خطأ في Template:ProtonsForElement: unknown element fluorine.خطأ في Template:SymbolForElement: عنصر غير معروف fluorine	+	γ			+	7.994 MeV
19 خطأ في Template:ProtonsForElement: unknown element fluorine.خطأ في Template:SymbolForElement: عنصر غير معروف fluorine	+	1 خطأ في Template:ProtonsForElement: unknown element hydrogen.H	→	16 8O	+	4 2He			+	8.114 MeV
16 8O	+	1 خطأ في Template:ProtonsForElement: unknown element hydrogen.H	→	17 خطأ في Template:ProtonsForElement: unknown element fluorine.خطأ في Template:SymbolForElement: عنصر غير معروف fluorine	+	γ			+	0.60 MeV
17 خطأ في Template:ProtonsForElement: unknown element fluorine.خطأ في Template:SymbolForElement: عنصر غير معروف fluorine			→	17 8O	+	e+	+	νe	+	2.76 MeV

لاحظ حتى جميع تلك الدورات لها نفس النتيجة النهائية:

4 1
خطأ في Template:ProtonsForElement: unknown element Hydrogen.H → 4
2He + 2 e+ + 2 νe + γ + 26.8 MeV

الاستخدام في الفلك

بينما الرقم الإجمالي لنوايا دورة CNO "المحفزة" يظل ثابتاً في الدورة، في التطور النجمي the relative proportions of the nuclei are altered. When the cycle is run to equilibrium, the ratio of the carbon-12/carbon-13 nuclei is driven to 3.5, and nitrogen-14 becomes the most numerous nucleus, regardless of initial composition. During a star's evolution, convective mixing episodes bring material in which the CNO cycle has operated from the star's interior to the surface, altering the observed composition of the star. عملاق أحمر stars are observed to have lower carbon-12/carbon-13 and carbon-12/nitrogen-14 ratios than main sequence stars, which is considered to be convincing evidence for the operation of the CNO cycle.

النتيجة النهائية هى إندماج أربعة بروتونات ليصبحوا 1 جسيم ألفا, و2 بوزينرون, و2 نيوترينو, وتنطلق طاقة في شكل أشعة جاما. وتعمل نويات جميع من الكربون والأكسجين والنيتروجين كعوامل حفازة ويتم إنتاجهم من جديد.

وفى تفرع جانبى للتفاعل, يحدث بنسبة 0.04 % من المرات, لا ينتج التفاعل النهائي المشروح بالأعلى ¹²C, و⁴He, ولكن بدلا من ذلك ¹⁶O وفوتون ويحدث كالتالى:

¹⁵N + ¹H	←	¹⁶O + γ
¹⁶O + ¹H	←	¹⁷F + γ
¹⁷F	←	¹⁷O + e⁺ + ν_e
¹⁷O + ¹H	←	¹⁴N + ⁴He

وكما يحدث للكربون والنيتروجين والأكسجين في التفاعل الرئيسي, فإن الفلور الناتج في التفرع الجانبي للتفاعل ليس إلا عامل حفز وفى حالته المستقرة, لا يتكدس في النجم.