Warum schmilzt Lithium bei niedrigeren Temperaturen als Wasserstoff?

Dies ist eine grundlegende Frage, aber sie hat mich genervt. Im Wikipedia-Artikel zur Lithiumverbrennung heißt es:

Sterne, die per Definition die für die Fusion von Wasserstoff erforderliche hohe Temperatur (2,5 × 10^6 K) erreichen müssen, verbrauchen schnell ihr Lithium. Dies geschieht durch eine Kollision von Lithium-7 und einem Proton, die zwei Helium-4-Kerne erzeugt. Die für diese Reaktion erforderliche Temperatur liegt knapp unter der für die Wasserstofffusion erforderlichen Temperatur.

Ich würde mir vorstellen, dass Lithium mit mehr Protonen eine stärkere Coulomb-Abstoßung hätte und höhere Temperaturen erfordern würde, um mit Wasserstoff zu verschmelzen. Nun, dieser Artikel ist ziemlich skizzenhaft, da er keine Quellen zitiert, und ich würde dies normalerweise ablehnen. Aber laut hier findet die Lithiumverbrennung in Protosternen statt, bevor überhaupt eine Wasserstofffusion stattfindet. Wie konnte Lithium bei so niedrigen Temperaturen mit Wasserstoff verschmelzen?

Antworten (1)

Die langsamste Reaktionsgeschwindigkeit in der pp-Kette bestimmt, wie schnell Wasserstoff im Kern eines sonnenähnlichen Sterns „brennen“ kann. Dieser geschwindigkeitsbestimmende Schritt ist eigentlich die Verschmelzung zweier Protonen zu Deuterium über das Diproton und einen Zerfall der schwachen Wechselwirkung.

Die Fusion von Lithium, bei der es mit einem Proton verschmilzt und sich dann in zwei Heliumkerne aufspaltet, ist eigentlich Teil der PPII-Reaktionsreihe, die Helium 3 in Helium 4 umwandelt. Es handelt sich nicht um schwache Wechselwirkungen und daher um einen gegebenen Wirkungsquerschnitt Die Temperatur ist viel höher als die erste Stufe in der pp-Kette, ungeachtet der stärkeren Coulomb-Abstoßung zwischen den Reaktanten. Es wird daher bei niedrigeren Temperaturen initiiert - wie Sie sagen, tritt das "Brennen" von Li in massearmen Prä-Hauptreihensternen auf, lange bevor das "Brennen" von Wasserstoff beginnt (aber nach dem Brennen von Deuterium).

Hmm ... also, wenn der Kern eines Sterns heiß genug ist, um Lithium zu verbrennen, aber nicht um Wasserstoff zu verbrennen, könnte er dann immer noch als Protostern betrachtet werden?
@SirCumference Ein Stern weiß nicht, dass er ein Stern ist, bis er anfängt, Wasserstoff zu verbrennen. Es gibt wenig Physik, die zwischen einem „Stern“ mit einer Sonnenmasse von 0,1 Sonnenmasse, der schließlich H verbrennt, nachdem er sich etwa 200 Millionen Jahre lang zusammengezogen hat, und einem Braunen Zwerg mit einer Sonnenmasse von 0,02 Sonnenmassen unterscheidet, wenn beide 10 Millionen Jahre alt sind. Ich nehme an, pedantisch könnte man einen Protostern anhand seiner Masse von einem Braunen Zwerg unterscheiden.
Warum benötigt Helium also so hohe Temperaturen zum Schmelzen, selbst wenn es eine geringere Coulomb-Abstoßung als Lithium hat? Es erfordert nicht β + Verfall.
@SirCumference (a) Die Coulomb-Abstoßung zwischen zwei He-Kernen ist größer als zwischen Li und einem Proton. (b) Sie müssen DREI gleichzeitig an der gleichen Stelle bekommen - es ist die "dreifache Alpha-Reaktion".
Warum das? Es sind zwei Protonen gegen drei Protonen.
@SirCumference Das abstoßende Potenzial ist q 1 q 2 / r . Was sind zwei Protonen und drei Protonen? Du vergleichst 1 × 3 mit 2 × 2 .
@RobJeffries: Wenn Sie sagen, dass schwache Wechselwirkungen beteiligt sind, sprechen Sie über den Prozess B e + e − → L ich + v , was ich denke, wäre ein Engpass?
@AtmosphericPrisonEscape Die einzige schwache Wechselwirkung, die ich erwähne, ist das Diproton, das zu einem Deuteron zerfällt. Erster Schritt in der PP-Kette.
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