Ядерное горение дейтерия

Ядерное горение дейтерия — реакции термоядерного синтеза, которые происходят в звёздах и некоторых субзвёздных объектах. В этих реакциях принимают участие ядра дейтерия: наиболее распространено слияние с протоном, при котором образуется ядро гелия-3.

Эти реакции могут идти как часть протон-протонного цикла, в котором ядро дейтерия сначала образуется из двух протонов, а могут проходить самостоятельно, с использованием уже существующих запасов дейтерия.

Термоядерные реакции с участием дейтерия — одни из наименее требовательных к температуре (ниже только реакция дейтерия с тритием, но из-за слишком короткого периода полураспада тритий не встречается в природе), и могут идти уже при температуре в 10⁶ K^[1]. Как следствие, в протозвёздах первой реакцией термоядерного синтеза становится «горение» дейтерия^[2].

При этом, темп этих реакций довольно сильно зависит от температуры, пропорционально T^11,8. Если случится изменение других параметров, от которых зависит темп реакций, то для сохранения равновесия понадобится очень маленькое изменение температуры. Таким образом, температура в звезде поддерживается примерно на одном уровне, и горение водорода, для начала которого нужна температура порядка 10⁷ K, начинается только после того, как в ядро звезды перестаёт поступать дейтерий.

Дейтерий аккрецирует на протозвезду из околозвёздного пространства, а в ядро попадает из-за того, что протозвезды конвективны до определённого момента времени. Лишь когда конвекция прекращается, заканчивается и горение дейтерия, ядро звезды сжимается и нагревается, пока в нём не загорится водород^[3]. Стадия горения дейтерия длится всего несколько миллионов лет^[4].

Если масса объекта меньше 80 M_J, но больше 13 M_J, то горение водорода в нём не начнётся, но будет идти горение дейтерия. Такие объекты называются коричневыми карликами, и они могут светить до ста миллионов лет, в зависимости от массы, пока их запас дейтерия не закончится^[5][6][7].

В объектах с твёрдым ядром, то есть, образовавшихся как планеты, тоже возможно горение дейтерия. Их масса, как и для коричневых карликов, также должна превышать 13 M_J, и в таком случае горение дейтерия будет происходить возле твёрдого ядра^[8][9].

Хотя в горении дейтерия основную роль играет именно слияние дейтерия с протоном и образование гелия-3, возможно несколько различных реакций^[10]:

• ${\displaystyle {^{2}_{1}{\text{D}}}+p\rightarrow {^{3}_{2}{\text{He}}}+\gamma }$
• ${\displaystyle {^{2}_{1}{\text{D}}}+{^{2}_{1}{\text{D}}}\rightarrow {^{4}_{2}{\text{He}}}+\gamma }$
• ${\displaystyle {^{2}_{1}{\text{D}}}+{^{2}_{1}{\text{D}}}\rightarrow {^{3}_{1}{\text{T}}}+{^{1}_{1}p}+\gamma }$
• ${\displaystyle {^{2}_{1}{\text{D}}}+{^{2}_{1}{\text{D}}}\rightarrow {^{3}_{2}{\text{He}}}+{^{1}_{0}n}+\gamma }$
• ${\displaystyle {^{2}_{1}{\text{D}}}+{^{3}_{2}{\text{He}}}\rightarrow {^{4}_{2}{\text{He}}}+{^{1}_{1}p}+\gamma }$
• ${\displaystyle {^{2}_{1}{\text{D}}}+{^{3}_{2}{\text{He}}}\rightarrow {^{5}_{3}{\text{Li}}}+\gamma }$
• ${\displaystyle {^{2}_{1}{\text{D}}}+{^{4}_{2}{\text{He}}}\rightarrow {^{6}_{3}{\text{Li}}}+\gamma }$