Hiilisykli

Hiilisykli (hiili-typpi-happi-sykli, CNO-sykli) on tähtien keskustassa tapahtuva ydinreaktio, jossa hiili katalysoi vedyn muuttumista heliumiksi. Tämä tarkoittaa sitä, että hiili helpottaa vedyn yhdistymistä heliumiksi. Hiilisykli alkaa toimia 13 megakelvinin (miljoonan kelvinasteen) lämpötilassa, mutta siitä tulee tärkeä osa tähden energiantuotannosta vasta 17 megakelvinin lämpötilassa. Toinen tähtien sisuksissa toimiva reaktio on protoni-protoni-reaktio, joka on vallitseva mm. Auringossa. Hiilisykli tuottaa hyvin vähän energiaa Auringossa.

Hiilisyklin kulku

Hiiliatomi yhdistyy vetyatomiin, jolloin syntyy typpi-13-atomi ja fotoni gammasäteilyalueella:
_6^{12} C + _1 H \rightarrow _7^{13} N + \gamma + 1,95 MeV.
Typpiatomi hajoaa positroniemissiolla hiili-13-atomiksi, positroniksi ja elektronin neutriinoksi:
_7^{13} N \rightarrow _6^{13} C + e^+ + v_e + 2,22 MeV.
Hiiliatomi yhdistyy vetyatomin kanssa, syntyy typpi-14-atomi ja gammafotoni:
_6^{13} C + _1 H \rightarrow _7^{14} N + \gamma + 7,54 MeV.
Typpi-14 yhdistyy vedyn kanssa, syntyy happi-15-atomi ja gammafotoni:
_7^{14} N + _1 H \rightarrow _8^{15} O + \gamma + 7,35 MeV.
Happi hajoaa positroniemissiolla typpi-15-atomiksi, positroniksi ja neutriinoksi:
_8^{15} O \rightarrow _7^{15} N + e^+ + v_e + 2,75 MeV.
Typpi yhdistyy vedyn kanssa, syntyy hiili-12-atomi ja helium-4-atomi:
_7^{15} N + _1 H \rightarrow _6^{12} C + _2^4 He + 4,96 MeV.
Hiilisyklissä kiertää siten periaatteessa vain yksi atomi, ja syklin päätyttyä syntynyt hiiliatomi voi jatkaa uudestaan syklin alusta. Sykliin kuluu neljä vetyatomia ja tuloksena on yksi heliumatomi. Näiden massoja vertaamalla selviää, että 0,7 % massasta on muuttunut energiaksi, mikä yhden syklin kohdalla vastaa 26,73 MeV energiaa. Tästä osa vapautuu neutriinoina, jotka eivät vuorovaikuta tähden materian kanssa eivätkä lämmitä sitä.

Toinen haara

Auringossa 0,04 % hiilisykleistä tapahtuu eri lailla. Päähaaran viimeisessä reaktiossa ei synnykään hiili-12- ja helium-4-atomeja, vaan sykli etenee seuraavasti:
Typpi-15 yhdistyy vedyn kanssa, syntyy happi-16-atomi ja gammafotoni:
_7^{15} N + _1 H \rightarrow _8^{16} O + \gamma + 12,13 MeV.
Happi yhdistyy vedyn kanssa, syntyy fluori-17-atomi ja gammafotoni:
_8^{16} O + _1 H \rightarrow _9^{17} F + \gamma + 0,6 MeV.
Fluori hajoaa positroniemissiolla:
_9^{17} F \rightarrow _8^{17} O + e^+ + v_e + 2,76 MeV.
Happi yhdistyy vedyn kanssa, syntyy typpi-14-atomi ja helium-4-atomi:
_8^{17} O + _1 H \rightarrow _7^{14} N + _2^4 He + 1,19 MeV.
Typpi yhdistyy vedyn kanssa, syntyy happi-15-atomi ja gammafotoni:
_7^{14} N + _1 H \rightarrow _8^{15} O + \gamma + 7,35 MeV.
Happi harjoaa positroniemissiolla ja muuttuu typpi-15:ksi:
_8^{15} O \rightarrow _7^{15} N + e^+ + v_e + 2,75 MeV.

Happi-fluori-sykli

Happi-fluori-sykli (tai OF-sykli) on muunnos hiilisyklistä, joka on merkittävä vain massiivisissa tähdissä. Sykli alkaa, kun hiilisyklin toisen haaran jossakin reaktiossa muodostuukin fluori-18 ja fotoni sen sijaan, että muodostuisi typpi-14 ja helium-4-atomit.
Happi-17 yhdistyy vetyyn, syntyy fluori-18-atomi ja gammafotoni:
_8^{17} O + _1 H \rightarrow _9^{18} F + \gamma + 5,61 MeV.
Fluori hajoaa positroniemissiolla:
_9^{18} F \rightarrow _8^{18} O + e^+ + v_e + 1,656 MeV.
Happi-18 yhdistyy vetyyn, syntyy fluori-19 ja gammafotoni:
_8^{18} O + _1 H \rightarrow _9^{19} F + \gamma + 7,994 MeV.
Fluori yhdistyy vetyyn, syntyy happi-16 ja helium-4:
_9^{19} F + _1 H \rightarrow _8^{16} O + _2^4 He + 8,114 MeV.
Happi yhdistyy vetyyn, syntyy fluori-17 ja gammafotoni:
_8^{16} O + _1 H \rightarrow _9^{17} + \gamma + 0,6 MeV.
Fluori hajoaa positroniemissiolla. Sykli voi alkaa uudestaan:
_9^{17} F \rightarrow _8^{17} O + e^+ + v_e + 2,76 MeV.