Freie Neutronen im Sonnenkern?

Der Kern der Sonne hat eine Dichte von

von 150 g/cm³ (150-fache Dichte von flüssigem Wasser) im Zentrum und einer Temperatur von fast 15.700.000 Kelvin oder etwa 15.700.000 Grad Celsius; Im Gegensatz dazu liegt die Oberfläche der Sonne bei fast 6.000 Kelvin. Der Kern besteht aus heißem, dichtem Gas im Plasmazustand mit einem geschätzten Druck von 265 Milliarden Bar (26,5 Petapascal (PPa) oder 3,84 Billionen psi) im Zentrum.

Neutronensterne haben eine Dichte

Neutronensterne haben eine Gesamtdichte von 3,7 × 10 ^ 17 bis 5,9 × 10 ^ 17 kg / m3 (2,6 × 10 14 bis 4,1 × 10 ^ 14-fache Dichte der Sonne), was mit der ungefähren Dichte eines Atomkerns vergleichbar ist 3×10^17kg/m3.

Das Neutron ist ein instabiles Teilchen, wenn es frei ist. Mittlere Lebensdauer 881,5(15) s (frei)

Seine Stabilität im Kern (und nicht für alle Kerne existiert ein Beta-Zerfall) beruht auf der starken Kraft, die ein Potential erzeugt, das das Neutron unterhalb eines freien Energieniveaus bindet. Daher muss die Materiedichte dort, wo das Neutron auftritt, in der Größenordnung von Kerndichten liegen, um die äquivalenten Bindungsenergien und die Unterdrückung von Zerfällen zu haben.

Die Dichten des Plasmas im Kern der Sonne sind um Größenordnungen kleiner als die Kerndichten, die für die Teilnahme des Neutrons am Plasma erforderlich sind. Einmal erzeugt, zerfällt es in ein Proton, ein Elektron-Neutrino und ein Elektron-Antineutrino. Keine freien Neutronen überleben länger als ein paar Minuten, um einen signifikanten Einfluss auf die Fusionsprozesse zu haben.

Um ein wenig in die im Sonnenplasma verfügbaren Energien einzutauchen, ergibt sich eine Temperatur von ~1,5 x 10^7 Grad Kelvin unter Verwendung eines Umrechnungsfaktors von 8,6 x 10^-5 eV

~ 1,3 keV.

Damit ein Elektron in einem solchen Plasma an einem Proton gestreut wird, um ein Neutron zu erzeugen, kann nur das Ende der Elektronenverteilung Energien haben, die für die Erzeugung eines Neutrons benötigt werden: die Proton-Neutron-Massendifferenz ~1,4 MeV und darüber hinaus das Neutrino wird einen Teil der Energie wegnehmen.

Die kleine Anzahl von Neutronen, die vom Schweif der Elektron-Proton- Energieverteilungen erzeugt wird , wird durch den Zerfall des Neutrons weiter verringert. Daher wird es im Plasma keine stabile Teilmenge von Neutronen geben, selbst wenn man ignoriert, dass beim Auftreffen auf ein Proton eine gute Wahrscheinlichkeit besteht, dass sie an ein Deuteron binden und somit aus dem hypothetischen "Gas" herauskommen.

Hier ist eine sehr grobe Schätzung, nur um Ihnen etwas zum Spielen zu geben und andere einzuladen, die Schätzung zu verbessern.

Der Beginn der pp-Kette ist, wenn zwei Protonen zusammenkommen und durch einen schwachen Zerfall ein Deuteron bilden. Aber bei diesem Prozess gibt es eine Wahrscheinlichkeit ungleich Null, dass Sie anstelle eines Deuterons ein Proton und ein freies Neutron erhalten. Das Verhältnis zwischen den Raten dieser beiden Prozesse ist sehr schwer abzuschätzen. Es wird von Details des (ungebundenen) Diprotonenzustands abhängen, die ich nicht kenne. Aber angenommen, wir sagen ein Verhältnis von$10^{3 \pm 1}$nur um etwas zum Spielen zu haben. Das heißt, durch eine wilde Vermutung sage ich, dass einer von 100 bis 10000 schwachen Zerfällen während einer Kollision zu einem freien Neutron anstelle eines Deuterons führt. Es gibt$3.7 \times 10^{38}$Protonen fusionieren pro Sekunde, was auf die Produktionsrate freier Neutronen hindeutet$R = 0.001 \times 2 \times 10^{38}$pro Sekunde. Die Neutronenlebensdauer ist$\tau = 878\,$s, also erhalten wir ein Gleichgewicht ($N = R \tau$) wenn es welche gibt$2 \times 10^{38 \pm 1}$Neutronen in der Sonne. Es geht um$10^{-19}$mal die Anzahl der Protonen.

Da diese so klein ist, könnte man auch die Elektroneneinfangreaktion in Betracht ziehen