Heliumbrennen

Dör dat Heliumbrennen (oder ok 3α-Afloop) warrt binnen Steerns dree Helium-Karns (α-Deelken) dör Karnfusionsreaktionen in Kohlenstoff ümwannelt. Dorbi warrt Gammastrahlen freesett. Na sien Opdecker Edwin Ernest Salpeter warrt de Afloop mitünner ok as Salpeter-Afloop betekent.

Dat Heliumbrennen kann blots bi Temperaturen höger as 100 Millionen Kelvin aflopen, un ok blots, wenn rieklich Helium dor is. Ut den Grund kann dat normalerwies blots in de Mitt vun Steerns aflopen, de al in en latere Phaas vun jemehr Entwickeln sünd, de in’n Vergliek to uns Sünn en högeren Druck un högeren Temperaturen opwiest un dör de Proton-Proton-Reakschoon oder den Bethe-Weizsäcker-Zyklus (CNO-Zyklus) al noog Helium produzeert hebbt. Bi de nödigen Temperaturen sünd de Atomkarns vullstännig ioniseert, dat heet, se hebbt keen Elektronenhüll mehr.

De Sünn warrt eerst in de letzten Phaas vun ehrn Zyklus, in ruchweg 4 Milliarden Johren, in de Laag wesen, dat so nöömte Heliumbrennen in Gang to setten, wenn in ehr Karnrebeet de hele Waterstoff dör dat Waterstoffbrennen in Helium ümwannelt worrn is. De högere Strahlendruck bi dat Heliumbrennen warrt dorto föhren, dat sik de buteren Schichten vun de Sünn opbläht, de sik wegen jemehr grötteren Böverflach denn afköhlt. Dat Spektrum vun de Photosphäär vun de Sünn warrt sik dordör na längere Bülgenlängden hen verschuven. In den Tostand warrt en Steern as en Roden Rees betekent.

In’n Enkelten loopt bi dat Heliumbrennen disse Reakschonen af:

${\displaystyle \mathrm {\ ^{4}He+\ ^{4}He\longrightarrow \ ^{8}Be+\gamma -\ 0{,}09178\ MeV} }$ (endotherm; mit de Trüggreakschoon ${\displaystyle \mathrm {\ ^{8}Be\longrightarrow \ ^{4}He+\ ^{4}He+\ 0{,}09178\ MeV} }$)

${\displaystyle \mathrm {\ ^{8}Be+\ ^{4}He\longrightarrow \ ^{12}C+\gamma +\ 7{,}367\ MeV} }$ (exotherm)

Dorbi warrt en Nettoenergie vun 7,275 MeV free. De Karn vun’t Kohlenstoff ¹²C kann denn wieter as Utgangsstoff för dat möögliche latere Kohlenstoffbrennen denen. De Proportschoon vun’t Energiefreesetten is bi’t Heliumbrennen proportschonal to de 30. Potenz vun de Temperatur. Stiggt de Temperatur üm 5% an, stiggt de Energiefreesetten üm 332% an.

De Beryllium-Karn ⁸Be ut den eersten Schritt is nich bestännig (Twüschenkarn) un verfallt mit en middlere Levensduer vun blots 2,6·10⁻¹⁶ s wedder in twee Heliumkarns  ⁴He. Üm Kohlestoff to tügen is dat also nödig, dat dree α-Deelkens meist gliektietig tohopenstööt. Dat is aver nich sünners wohrschienlich, sodat de Kohlenstoff dorbi bannig langsom tostannen kummt.

Dör den Oorknall is praktisch keen Kohlenstoff entstahn, vunwegen dat de Temperaturen dorbi to gau wedder lütter worrn is as för de Fusion nödig. Dat warrt ok as Beryllium-Hinnern betekent.

De siete Wohrschienlichkeit för den 3α-Afloop warrt dordör minnert, dat

• de Grundtostand vun ⁸Be ungefähr so groot is as de Energie vun twee α-Deelkens.
• de Energie vun de beiden Karns ⁸Be un ⁴He tosamen meist nipp un nau de Energie vun en sünneren Anregten Tostand vun’n ¹²C-Karn dorstellt.

Beide Deelreakschonen sünd also Resonanzen mit högeren Wirkdweersnitt.

Al de eersten Steerns, de na den Oorknall entstahn sünd, weern in de Laag, dör dat Heliumbrennen ¹²C in groten Mengden to tügen. Dorüm warrt dit Isotop ok as dat „primäre Isotop“ vun’n Kohlenstoff betekent.

Kiek ok bi: Kohlenstoffbrennen

En Naklapp vun’t Heliumbrennen is, dat eenige vun de Kohlenstoffkarns ¹²C mit wietere Heliumkarns ⁴He fusioneren künnt. Dorbi warrt dat bestännige Isotop ¹⁶O vun’n Suerstoff tüügt un togliek Energie freesett:

${\displaystyle \mathrm {\ ^{12}C+\ ^{4}He\longrightarrow \ ^{16}O+\gamma } }$

De nächste Ümwanneln, wobi Suerstoff ¹⁶O mit Helium ⁴He to Neon ²⁰ Nefusioneren de, is wegen de Karnspinregels nich wohrschienlich. Dat heet, dat de stellare Nukleosynthees Kohlenstoff un Suerstoff in grote Mengden herstellt, man en Ümwanneln in Neon un sworere Elementen kuum tostannen kummt.

Suerstoff un Kohlenstoff sünd sotoseggen de »Asch« vun’t Heliumbrennen. De Karn vun en Steern is an’t Enn vun disse Fusionsphaas to’n gröttsten Deel ut dissen beiden Elementen opboet.

• Schalenbrennen
• Heliumflash

• Bogdan Povh u. a.: Teilchen und Kerne. 4. Oplaag, Springer Verlag 1997, ISBN 3-540-61737-X, S. 318–320
• Edwin Ernest Salpeter: Astrophys J 115 (1952), 326