مخطط توضيحي لسلسلة تفاعلات بروتون-بروتون
**تفاعل بروتون-بروتون المتسلسل**  هو أحد أهم التفاعلات الجارية في مركز الشمس يتحول بها الهيدروجين إلى الهيليوم وهو يجري أيضا في النجوم وتستمد منه الشمس والنجوم طاقتها. وسلسلة التفاعل الآخرى التي تجري في الشمس والنجوم وتستمد منها طاقتها هي دورة بيته-فايتزيكر. ويغلب تفاعل البروتون-بروتون في الشمس وفي النجوم التي تبلغ كتلتها كتلة الشمس أو أصغر منها.

يتميز هذا التفاعل بانطلاق طاقة كبيرة تنشأ عن اندماج نووي للهيدروجين وينتج الهيليوم. وفي ذلك التفاعل تكون كتلة الهيليوم الناتج أقل من كتلة الهيدروجين الداخل في التفاعل بنسبة 1 % (يسمى هذا النقص نقص الكتلة). هذا النقص في الكتلة يتحول إلى طاقة طبقا لمعادلة أينشتاين عن تكافؤ الكتلة والطاقة، وهي :

*E* = *mc*²
حيث :

m الكتلة
c سرعة الضوء في الفراغ.
ويبدأ تفاعل البروتون-بروتون عند أقل درجة حرارة لازمة لحدوث الاندماج النووي. وهو تفاعل من الممكن أن يبدأ عند 3 ملايين درجة كلفن. وتكون جميع الذرات المشتركة في التفاعل متأينة، أي تكون إلكتروناتها قد انفصلت عنها بسبب الحرارة العالية (وتسمى تلك الحالة للمادة بلازما). وبسبب توافر الحرارة العالية في مركز الشمس وفي النجوم تكون حالة المادة فيها في حالة البلازما.

ويتناسب معدل إنتاج الطاقة عن طريق تفاعل بروتون-بروتون مع القوة (الأس) 6 لدرجة الحرارة. أي أنه عنما تزيد درجة الحرارة بنسبة 5 % يزيد معدل التفاعل بنسبة 34% وبالتالي تزيد الطاقة بتلك النسبة. بالنسبة إلى التفاعل الجاري في الشمس فهو يجري عند درجة حرارة تصل إلى 12 مليون كلفن وتحت ضغط عالي جداً في مركز الشمس.

تفاعلات البدء
-------------

|  |
| --- |
| الخطوة الأولى في تفاعل بروتون-بروتون: يندمج بروتونان فيكونا نواة الديوتيريوم. وينطلق آنيا بوزيترون ونيوترينو. |
| الخطوة الثانية في تفاعل بروتون-بروتون: يندمج بروتون ونواة الديوتيريوم فتتكون نواة الهيليوم-3. يصحب التفاعل انطلاق شعاع غاما. |
| الخطوة الثالثة في تفاعل بروتون-بروتون: يندمج اثنان من أنوية الهيليوم-3 فيتكون الهيليوم-4 ويتحرر بروتونان. |

يبدأ التفاعل بالتحام نواتي ذرتين من الهيدروجين
1H+
لتكوين نواة الديوتيريوم
2H+,
حيث ينتج عن اندماج أحد البروتونات 1 نيوترون و 1 بوزيترون
e+ و 1 نيوترينو إلكتروني νe.

طبقا للتفاعل:

1H+ + 1H+ → 2H+ + e+ + νe + 0,42  إلكترون فولت
ينتج عن التفاعل كمية هائلة من الطاقة تبلغ 42و0 مليون إلكترون فولت (MeV).

ولكي تتغلب البروتونات الداخلة في التفاعل ذات الشحنة الموجبة على قوى التنافر بينهما (قوة كولوم) فلا بد من أن تكون طاقة لحركة للبروتونات عالية. ويجري هذا التفاعل في الشمس بطريقة مستمرة. ولو كان معدل سريان التفاعل أكبر من ذلك لاستهلكت الشمس ما فيها من هيدروجين أسرع كثيرا. ويحمل النيوترينو جزءا من الطاقة قدرة 26و0 مليون إلكترون فولت ويغادر بها الشمس، حيث يكاد أن يكون لا يتفاعل مع المادة.

ويتفاعل البوزيترون مع أحد الإكترونات e−, طبقا لتفاعل إفناء إلكترون-بوزيترون، وفي هذا التفاعل يتحول الاثنان بالكامل إلى طاقة، أي تتحول كتلة الإلكترون والبوزيترون إلى شعاعين من أشعة غاما التي تنطلق في صورة طاقة.

e+ + e− → 2γ + 1,022 MeV
ويمكن للديوتيريوم الناتج عن تفاعل البروتونين (بهد نحو 4و1 ثانية) أن يتفاعل مع بروتون آخر فيكونان نظير الهليوم الخفيف 3He
.

2H+ + 1H+ → 3He2+ + γ + 5,49 MeV
كما يسري هذا التفاعل الأخير للديوتيريوم أيضا في أجرام سماوية تبلغ كتلتها 12 كتلة من كوكب المشترى، وتتعتبر تلك الكتلة الحد الأصغر لنشأة النجوم الصغيرة المسماة الأقزام البنية.

التفاعلات التسلسلية الأساسية
----------------------------

توجد ثلاثة تفاعلات متسلسة أساسية ينتج عنها الهيليوم-4 في الطبيعة. وكل منها يبدأ
عند درجة حرارة معينة تخصه. وتجري في الشمس الثلاثة تفاعلات الآتية بحسب أغلبيتها :

* تفاعل بروتون-بروتون (الأول) : 91%
* تفاعل بروتون-بروتون (الثاني) : 9%
* تفاعل بروتون-بروتون (الثالث) : 0,1%

### تفاعل بروتون-بروتون I

بعد نحو 106 سنة
تندمج نواتين من الهيليوم-3 لتكوين نواة الهليلوم-4 (جسيم ألفا) مع تحرر 2 بروتون. وتلك تدخل في تفاعلات تالية.

3He2+ +3He2+ → 4He2+ + 1H+ + 1H+ + 12,86 MeV
وطبقا لتفاعلات البدء (أنظر أعلاه) حيث تتكون نواتين من الهيليوم-3 وتدخلان في التفاعل الثالث لتكوين الهيليوم-4، يصحبه انطلاق طاقة (مع طرح الطاقة التي تحملها النيوترينوات وينطلق بها)، تنتج طاقة إجمالية قدرها (المجموع) :

2×(0,42) MeV

+ 1,022 MeV

+(5,49 -0,26) MeV

+
12,86 MeV

= **26,204 MeV**

أي نحو (≈ 4,20·10−12 جول).

يغلب سريان التفاعل بروتون-بروتون (الأول) في درجة حرارة بين 10 إلى 14 مليون كلفن. وينتج عند درجات حرارة أقل من ذلك قليل من الهيليوم-4.

  

### تفاعل برتون-بروتون II

Proton-Proton-II-Reaktion
في التفاعل بروتون-بروتون II يعمل الهيليوم-4 الذي سبق أنتاجه كعامل مساعد لسير التفاعل بين الهيليوم-3 لإنتاج أنوية هيليوم-4 أخرى.

|  |  |  |
| --- | --- | --- |
| 3He2+ + 4He2+ | ← 7Be4+ + γ | + 1,59 MeV |
| 7Be4+ + e− | ← 7Li3+ + νe |  |
| 7Li3+ + 1H+ | ← 4He2+ + 4He2+ | + 17,35 MeV |

يجري التفاعل بروتون-بروتون الثاني أساسا بين درجة حرارة 14 - 23 مليون كلفن, حيث تحتفظ 90% من النيوترينوات الناتجة من التفاعل الثاني 86و0 مليون إلكترون فولت بينكا تحتفظ ال 10 % من النيوترينوات الأخرى 38و0 مليون إلكترون فولت وهذا يعتمد على نسبة الليثيوم-7
.التي توجد في الحالة القاعية أو في حالة إثارة.

  

### تفاعل بروتون-بروتون III

Proton-Proton-III-Reaction
في تلك المرحلة أيضا تعمل إحدى الأنوية 4He كمحفز لسير التفاعل :

|  |  |  |
| --- | --- | --- |
| 3He2+ + 4He2+ | ← 7Be4+ + γ | + 1,59 MeV |
| 7Be4+ + 1H+ | ← 8B5+ + γ | + 0,14 MeV |
| 8B5+ | ← 8Be4+ + e+ + νe |  |
| 8Be4+ | ← 4He2+ + 4He2+ |  |
|

يغلب التفاعل بروتن-بروتون III عند درجات حرارة أعلى من 23 مليون كلفن.

يتخلل تفاعل إنتاج الهيليوم-4 تكون أنوية عناصر أثقل وسطية مثل البريليوم (Be-7، Be-8) والبور (B-8) ، ولكنها غير مستقرة وسرعان ما تتحلل لإنتاج الهيليوم-4.

يعتبر هذا التفاعل ليس من التفاعلات الرئيسية في إنتاج طاقة الشمس حيث أن درجة حرارتها ليست بهذا العلو، إلا أن هذا التفاعل يلعب دور هاما احل مشكلة النيوترينوات الشمسية (أنظر تذبذب النيوترينو)، حيث ينتج هذا التفاعل نيوترينوات ذات طاقة عالية تقترب من 14 مليون إلكترون فولت (تسمى هذه (نيوترينوات 8B)). ويمكن لعدادات البيوترينوات على الأرض عد تلك النيوترينوات بطريقة أكفأ عن عدّها للنيوترينوات ذات طاقة صغيرة.

إنتاج الطاقة
------------

بمقارنة كتلة ذرة الهيليوم-4 الناتجة بمجموع كتل الأربعة ذرات الهيدروجين الداخلة في التفاعل يتبين وجود نقص الكتلة يساوي 0.0007 أو 0.7 %، وهو نقص في كتلة ذرات الهيدروجين. وقد تحول هذا النقص في الكتلة إلى طاقة، في صورة أشعة غاما ونيوترينوات خلال المراحل المختلفة من التفاعلات. وكما رأينا أعلاه تبلغ الطاقة الناتجة الإجمالية لسلسلة واحدة من التفاعلات 26.73 ميجا إلكترون فولت .

والطاقة الناتجة على هيئة أشعة غاما هي وحدها التي تتفاعل مع إلكترونات وبروتونات وتقوم بتسخين باطن الشمس. وتلك الحرارة والضغط التي تنتجه هي التي تقاوم قوي الجاذبية على الشمس التي تعمل على تقلص وانهيار الشمس على نفسها.

ولكن النيوترينوات لا تتفاعل مع المادة بطريقة كافية ولذلك فهي لا تساعد على عدم انهيار الشمس على نفسها تحت فعل الجاذبية. وتغادر النيوترينوات الناتجة من المراحل الثلاثة لتفاعل بروتون-بروتون الشمس حاملة معها النسب 2% و 4% و 3و28% على التوالي من الطاقة الكلية الناتجة خلال تلك التفاعلات.

وما ينطبق على الشمس من تلك الوجهة ينطبق أيضا على النجوم التي تقترب كتلتها من كتلة الشمس أو تكون كتلتها أصغر من كتلة الشمس. تستمد تلك النجوم طاقتها من التفاعلات الموصوفة هنا وهي تفاعلات البروتن-بروتون. أما النجوم ذات كتلة أكبر من الشمس فإن تلك التفاعلات يصاحبها أيضا ما يسمى دورة CNO وهي دورة تفاعلات يُنتج خلالها الكربون C والنيتروجين N والأكسجين O، ذلك لأن كتلة النجم الكبيرة تتسبب في ارتفاع كبير في درجة حرارة قلب النجم، مما يسمح بسريان تلك التفاعلات التي لا تتم إلا في درجات حرارة أعلى من درجة حرارة تفاعل البروتون-بروتون.

انظر أيضا
---------

* اندماج نووي
* اندماج الديوتيريوم
* تفاعل نووي
* تخليق العناصر
* طاقة الارتباط
* توكاماك
* اندماج في محفظة القصور الذاتي

مراجع
-----

1. ↑  Claus E. Rolfs and William S. Rodney, *Cauldrons in the Cosmos*, The University of Chicago Press, 1988, p. 354.

| * ع
* ن
* ت
تقانة نووية |
| --- |
| فيزياء نووية | 
* انشطار نووي
* اندماج نووي
* إشعاع
* إشعاع مؤين
* نواة الذرة
* مفاعل نووي
* وقاية من الإشعاع
* هندسة نووية
* كيمياء نووية

 |
| وقود نووي | 
* بلوتونيوم
* مادة انشطارية
* يورانيوم(مخصب
* منضب)
* ثوريوم
* ديوتريوم
* تريتيوم
* يورانيوم مخصب

 |
| طاقة نووية | 
* مفاعل نووي
* نفايات نووية
* اندماج نووي
* تطوير طاقة مستقبلية
* مفاعل الماء المضغوط
* مفاعل الماء المغلي
* مفاعلات الجيل الرابع
* مفاعل استنسال سريع
* مفاعل بتبريد غازي تقدمي
* مفاعل ملح منصهر
* مفاعل سريع بتبريد الرصاص
* توليد الطاقة بالاندماج
* مفاعل الماء فوق الحرج
* مفاعل كندو
* مفاعل تكاملي سريع
* مفاعل ماء ثقيل مضغوط
* دفع نووي

 |
| طب نووي | 
* أشعة سينية
* تصوير مقطعي بالإصدار البوزيتروني
* تصوير مقطعي بالإصدار البوزيتروني
* علاج بالأشعة
* علاج شرائحي
* علاج من قرب

 |
| قنابل نووية | 
* تاريخ الأسلحة النووية
* حرب نووية
* سباق التسلح النووي
* تصميم الأسلحة النووية
* تأثيرات ناجمة عن انفجار القنبلة النووية
* اختبار نووي
* إيصال الأسلحة النووية
* انتشار الأسلحة النووية
* قائمة الدول التي تملك قنابل نووية

 |
| شركات ومنظمات التقنية النووية | 
* وكالة الطاقة النووية
* يورنكو
* آرافا
* هيتاشي
* ميتسوبيشي
* توشيبا
* معامل الدكتور عبد القدير خان للبحوث

 |

| * ع
* ن
* ت
النجوم |
| --- |
| التطور | 
* تكون النجوم
* نجم قبل النسق الأساسي
* النسق الأساسي
* رأس فرع العملاق الأحمر
* فرع العملاقة الحمراء
* الفرع الأفقي
* عملاق مقارب
* تجريف
* شريحة متقلبة
* متثاقل أحمر
* شبة هالك
* نجوم الأعجوبة
* سديم كوكبي
* سديم كوكبي أولي
* متألق أحمر متعاظم
* متغير أزرق شديد الضياء
* نجم وولف-رايت
* جمهرة النجوم
* مستعر أعظم مخادع
* مستعر أعظم
* مستعر فوق عظيم
* رسم هرتزبرونغ-راسل
* رسم هرتزبرونغ-راسل
* خط بياني لون–لون

 |
| نجم أولي | 
* سحابة جزيئية
	+ منطقة هيدروجين II
* كرة بوك
* أجسام نجمية فتية
* جرم هيربج هارو
* مسار هياشي
* مسار هينيي
* جبار
	+ نجم T الثور
	+ إف يو الجبار
* نجم هيربيغ Ae/Be

 |
| درجة اللمعان | 
* نجم شبه قزم
* قزم
	+ قزم أزرق
	+ قزم أحمر
	+ قزم أبيض
	+ قزم أسود
	+ قزم بني
* شبه عملاق
* نجم عملاق
	+ عملاق أزرق
	+ عملاق أحمر
* عملاق ساطع
* عملاق ضخم
	+ عملاق أزرق ضخم
	+ عملاق أحمر ضخم
	+ أصفر
* عملاق فائق
	+ أصفر
* نجم أزرق شارد

 |
| تصنيف نجمي | 
* نجوم النسق الأساسي نوع-O
* B
* A
* F
* نجوم النسق الأساسي نوع-G
* K
* قزم أحمر
* Be
* OB
* نجم B شبه قزم
* نوع-متأخر
* متميز
	+ نجم إيه إم
	+ نجوم Ap وBp
		- متذبذبة
	+ نجوم الباريوم
	+ كاربون
	+ نجم CH
	+ نجم هيليوم متطرف
	+ لامدا العواء
	+ نجم رصاصي
	+ زئبق-منغنيز
	+ S
	+ نجم قذيفي
	+ نجم تكنيشيوم

 |
| بقايا | 
* + قزم أبيض
	+ قزم أسود
	+ كوكب هيليوم
* نجم نيوتروني
	+ نباض
	+ نجم مغناطيسي
* ثقب أسود نجمي
* بقايا نجمية متراصة
	+ نجم كواركي
	+ نجم غريب
* Stellar core: EF النهر

 |
| نجوم افتراضية | 
* نجم مظلم
* نجم مجمد
* شبيه النجم
* جسم ثورن-زيتكوف
* نجم حديدي

 |
| تفاعلات الانصهار النجمي | 
* عملية ألفا
* تخليق العناصر
* تفاعل بروتون-بروتون المتسلسل
* وميض هيليوم
* دورة كربون-نيتروجين-أكسجين
* احتراق الليثيوم
* عملية احتراق الكربون
* عملية احتراق النيون
* عملية احتراق الأكسجين
* عملية احتراق السيليكون
* عملية التقاط النيوترون البطيئة
* عملية التقاط النيوترون السريعة
* الفيوزر
* مستعر
	+ بقايا مستعر

 |
| البنية | 
* نواة الشمس
* منطقة الحمل الحراري
	+ اضطراب جزئي
	+ تذبذبات
* منطقة الإشعاع
* غلاف النجم الجوي
	+ غلاف ضوئي
	+ كلف نجمي
	+ غلاف لوني
	+ هالة (فضاء)
* ريح نجمي
	+ فقاعة
* أستيروسيسمولوجي
* حد إدنجتون
* آلية كلفن هلمهولتز

 |
| خصائص | 
* تسمية النجوم
* ديناميكا
* درجة الحرارة الفعالة
* علم حركة النجوم
* المجال المغناطيسي
* قدر
	+ قدر مطلق
* كتلة نجمية
* معدنية
* دوران
* نظام القياس الضوئي UBV
* نجم متغير

 |
| نظام نجمي | 
* نجم ثنائي
	+ ثنائي متصل
	+ مغلف مشترك
* نظام نجمي
* قرص مزود
* نظام كوكبي
* المجموعة الشمسية

 |
| ملاحظات بأعتبار الأرض -نقطة مركزيةللرصد | 
* كوكبات قطبية
	+ نجوم أبدية الظهور
	+ نجم القطب
* قدر
	+ القدر الظاهري
	+ الإخماد الفلكي
	+ تصوير ضوئي
	+ خط بياني لون–لون
* سرعة شعاعية
* حركة خاصة
* تزيح
* المنظور النجمي
* قياس ضوء النجوم المعيارية

 |
| قائمة النجوم | 
* قائمة أسماء النجوم التقليدية
	+ قائمة أسماء النجوم العربية
	+ الصينية
* قائمة أكثر النجوم ضخامة
* النجوم الخفيفة
* قائمة أكبر النجوم
* قائمة أشد النجوم لمعانا
	+ تاريخيا
	+ قائمة النجوم المحددة للملاحة
* الأكثر ضياء
* قائمة أقرب النجوم إلينا
	+ نجوم لامعة قريبة
* نجوم مستضيفة
* الأقزام البنية
* الثقوب السوداء
* قائمة السدم الكوكبية
* قائمة المستعرات في مجرة درب التبانة
* قائمة المستعرات الأعظمية
* قائمة بقايا المستعرات العظيمة
* قائمة مرشحي المستعر الأعظم
* قائمة جزيئات الأقراص حول النجمية والوسط بين النجمي
* Timeline of stellar astronomy

 |
| مقالات ذات صلة | 
* جرم دون نجمي
	+ قزم بني
	+ قزم بني
	+ كوكب
* عنقود نجمي
	+ علم حركة النجوم
	+ عنقود مفتوح
	+ عنقود مغلق
	+ عنقود نجمي فائق
* سنة مجرية
* مجرة
* عنقود مجري هائل
* علم الرجفات الشمسية
* نجم زائر
* كوكبة
* مجمة
* جاذبية
* نجم بين المجرات
* سحابة داكنة تحت حمراء
* قزم بني
	+ قزم شبه بني
* تصادم النجوم
* غلاف حول نجمي

 |
|  **بوابة نجوم** |

| * ع
* ن
* ت
العمليات النووية |
| --- |
| اضمحلالإشعاعي | 
* اضمحلال ألفا
* اضمحلال بيتا
* أشعة غاما
* اضمحلال عنقودي
* اضمحلال بيتا المضاعف
* التقاط الإلكترون المزدوج
* تحويل ذاتي
* مصاوغ نووي
* انشطار تلقائي

 |
| الانصهارالنجمي | 
* اندماج الديوتيريوم
* إنصهار الليثيوم
* تفاعل بروتون-بروتون المتسلسل
* دورة كربون-نيتروجين-أكسجين
* عملية ألفا
* تخليق العناصر
* عملية احتراق الكربون
* عملية احتراق النيون
* عملية احتراق الأكسجين
* عملية احتراق السيليكون
* عملية التقاط النيوترون السريعة
* عملية التقاط النيوترون البطيئة
* عملية البروتون
* عملية التقاط البروتون السريع
* النويدات الغنية بالبروتون
* انحلال ضوئي

 |
| عمليات أخرى | 

|  |  |
| --- | --- |
| انبعاث | 
* انبعاث النيوترون
* انبعاث البوزيترون
* انبعاث البروتون

 |
| إلتقاط | 
* التقاط النيوترون
* التقاط إلكترون

 |

 |

* أيقونة بوابةبوابة الفضاء
* أيقونة بوابةبوابة الفيزياء
* أيقونة بوابةبوابة الكيمياء
* أيقونة بوابةبوابة المجموعة الشمسية
* أيقونة بوابةبوابة رحلات فضائية
* أيقونة بوابةبوابة علم الفلك
* أيقونة بوابةبوابة نجوم

|  |  |
| --- | --- |
| مشاريع شقيقة | في كومنز صور وملفات عن: تفاعل بروتون-بروتون المتسلسل |