Setzen die neu entstandenen Deuteronen in unserer Sonne Photonen frei? Neben einem Positron und einem Elektron-Neutrino?

Setzt das neu gebildete Deuteron dann automatisch ein Photon frei?

Nicht direkt. Der Anfangsschritt der p - p -Kette ist eher eine schwache Wechselwirkung als eine elektromagnetische Wechselwirkung. Dieser erste Schritt setzt jedoch ein Positron frei. Dieses Positron ist extrem kurzlebig, da die hohe Materiedichte im Kern eines Sterns bedeutet, dass das Positron schnell auf ein Elektron trifft. Wenn das passiert, vernichten sich Positron und Elektron gegenseitig und setzen die doppelte Energie frei, die einer Elektronenmasse entspricht.

Nein, die Deuteronenproduktion setzt kein Photon direkt frei. Wenn das Positron natürlich mit einem nahegelegenen Elektron annihiliert, erzeugt das einige Gamma-Photonen.

Wie David Hammen erwähnt, ist die Proton-Neutron-Umwandlung eine schwache Wechselwirkung (sie wird also durch virtuelle W-Bosonen vermittelt), keine elektromagnetische Wechselwirkung.

Die Vernichtung kann kein einzelnes Photon erzeugen, da dies keinen Impuls erhalten würde. Im Schwerpunktsystem von Elektron und Positron ist der Gesamtimpuls Null, aber ein Photon muss einen Impuls haben, daher müssen die Impulse der durch Vernichtung erzeugten Photonen ausgeglichen sein. Typischerweise werden 2 oder 3 Photonen erzeugt, abhängig von den relativen Spins von Elektron und Positron (da auch der Drehimpuls erhalten bleiben muss), aber größere Zahlen sind möglich, obwohl die Wahrscheinlichkeiten für größere Zahlen geringer sind. Weitere Einzelheiten finden Sie im Wikipedia-Artikel über Positronium .

Hier ist ein Diagramm aus dem Wikipedia-Artikel über die Proton-Proton-Kette , das den Hauptzweig von pp I zeigt:

Dieser Artikel gibt diese Reaktion (zitiert nach Iliadis, Christian (2007),  Nuclear Physics of Stars ) für die Deuteronproduktion, einschließlich der Elektron-Positron-Vernichtung, an:

Die Vernichtung löst aus$\rm 1.022\,MeV$, also produziert die Proton-Proton-Fusion selbst nur$\rm 0.42\,MeV$. Diese Energie wird als kinetische Energie der Reaktionsprodukte, dh Deuteron, Positron und Neutrino, freigesetzt. (Natürlich liefern die beiden Protonen auch etwas KE). Aufgrund der Impulserhaltung geht der größte Teil des KE an die Leptonen (das Positron und das Neutrino), da das Deuteron fast 1900-mal massereicher ist als sie. Wie typisch für$\beta$Bei Zerfallsereignissen werden Energie und Impuls zufällig zwischen den Leptonen verteilt. Ich kann kein Diagramm für das Energiespektrum finden, aber ich gehe davon aus, dass es in seiner Form dem des Neutronenzerfalls ähnelt, der in dieser Physics.SE-Antwort gezeigt wird . Siehe auch diese Frage zum Unterschied zwischen den Spektren von$\beta^+$Und$\beta^-$Verfall.

Die durch die pp-Fusion freigesetzte mittlere Gesamtenergie, gemittelt über die verschiedenen Zweige, beträgt$\rm 26.73\,MeV$, also die$\rm 0.84\,MeV$bei der Erstellung der beiden Deuteronen freigesetzt wird, ist nur ~$3.14\%$von allen.

Wie oft verbinden sich zwei Protonen und werden BEIDE zu Neutronen? Und dann verfallen und sie wieder auf den Anfang bringen? Alle zehn Oktillionen × zehn Oktillionen Kollisionen, oder$10^{56}$?

Ja das ist richtig. Die Wahrscheinlichkeit, dass sich beide Protonen in Neutronen umwandeln, ist ungefähr gleich dem Quadrat der Umwandlung eines von ihnen. Ich kenne die Quelle Ihrer Wahrscheinlichkeit von 1 zu 10 Oktillionen nicht, aber das klingt vernünftig. Die übliche Zahl, die ich für die Umwandlung von Diprotonen in Deuteronen gesehen habe, ist ~$10^{-26}$, die ich in dieser Antwort verwendet habe . Um das ins rechte Licht zu rücken, muss man etwa 1 Erdmasse von Protonen des Sonnenkerns zerdrücken, um 1 Gramm Deuteronen herzustellen, und wir können erwarten, dass 1 Paar dieser Protonen die doppelte Neutronenumwandlung durchführt. Wie ich in der verlinkten Antwort sagte, wird reiner Wasserstoff niemals ein praktischer Brennstoff für einen künstlichen Fusionsreaktor sein.

Ich sollte erwähnen, dass Kernreaktionen, an denen nur die starke Kraft beteiligt ist, dazu neigen, die höchste Wahrscheinlichkeit zu haben. Reaktionen, an denen auch die elektromagnetische Kraft beteiligt ist (z. B. mehrere Schritte des CNO-Zyklus ), haben eine geringere Wahrscheinlichkeit und sind daher tendenziell Engpässe in der stellaren Nukleosynthese. Schwache Reaktionen haben eine viel geringere Wahrscheinlichkeit und sind schwerwiegende Engpässe. Das ist eine gute Sache, denn es verleiht den Sternen eine lange Lebensdauer der Hauptreihe.