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重水素融合は重水素燃焼とも呼ばれ、恒星や一部の恒星下天体で起こる核融合反応で、重水素原子核（重陽子）と陽子が結合してヘリウム3原子核を形成します。これは、2つの陽子から形成された重陽子が別の陽子と融合する陽子-陽子連鎖反応の2番目の段階として発生しますが、原始重水素 から進行することもあります。
原始星では
重水素（2H ）は、集積する原始星に最も容易に融合する原子核であり、[1]原始星の中心部での核融合は、温度が10 6 Kを超えると進行します。[2]反応速度は温度に非常に敏感であるため、温度はこれ以上にはあまり上昇しません。[2]核融合によって発生したエネルギーは対流を引き起こし、発生した熱を表面に運びます。[1]
もし核融合に利用できる2Hがなければ、主系列前段階で星が得る質量は大幅に減少する。これは、物体がより速く崩壊し、より激しい水素核融合が起こり、物体が物質を集積するのを妨げるためである。[2] 2H核融合は、中心温度が約100万度以上に上昇するのを一時的に止めるサーモスタットとして機能し、さらなる質量集積を可能にする。この温度は水素核融合には十分ではないが、より多くの質量を蓄積する時間を与える。[3]エネルギー輸送メカニズムが対流から放射に切り替わると、エネルギー輸送が遅くなり、温度が上昇して水素核融合が安定して持続的に引き継がれるようになる。水素核融合は、10 7 K .
エネルギー生成率は、重水素濃度、密度、温度の積に比例します。コアが安定状態にある場合、エネルギー生成は一定になります。方程式の1つの変数が増加すると、エネルギー生成を一定に保つために他の2つの変数が減少します。温度が11.8乗に上昇すると、温度のわずかな変化をもたらすためにも、重水素濃度または密度のどちらかに大きな変化が必要になります。[2] [3]重水素濃度は、ガスが通常の水素、ヘリウム、重水素の混合物であるという事実を反映しています。
放射帯を取り囲む質量は依然として重水素に富んでおり、重水素の融合は、星の放射核が成長するにつれて徐々に外側に移動する、ますます薄い殻の中で進行します。これらの低密度の外側領域での核エネルギーの生成により、原始星は膨張し、天体の重力収縮が遅れ、主系列への到達が遅れます。[2] 2 H融合によって利用可能な総エネルギーは、重力収縮によって放出されるエネルギーに匹敵します。[3]
宇宙における重水素の希少性により、原始星への重水素の供給量は限られている。数百万年後には、実質的に完全に消費されてしまうだろう。[4]
恒星間物体
水素の核融合には、重水素の核融合よりもはるかに高い温度と圧力が必要であるため、2Hを燃焼させるのに十分な質量を持ちながら、通常の水素を燃焼させるには質量が足りない天体が存在します。これらの天体は褐色矮星と呼ばれ、質量は木星の約13倍から80倍です。[5]褐色矮星は、重水素が燃え尽きるまで1億年もの間輝くことがあります。[6]
重水素融合最小質量（重水素燃焼最小質量、DBMM）を超える天体は、非常に短い時間（約4～50百万年）ですべての重水素を融合しますが、それ以下の天体はほとんど燃焼しないため、元の2H存在比が維持されます。「DBMM以下の浮遊天体、または放浪惑星の明らかな特定は、星のような天体の形成がDBMM以下まで及ぶことを示唆しています。」[7]
重水素燃焼の開始は重水素フラッシュと呼ばれます。[8]この最初の重水素フラッシュ後の重水素燃焼による不安定性は、1964年にM. Gabrielによって非常に低質量の星に対して提案されました。[9] [10]このシナリオでは、完全に対流している低質量の星または褐色矮星は、核反応が温度に敏感なため、脈動的に不安定になります。 [10]この脈動は、重水素燃焼の開始が> 0.1 M ☉の星では< 0.5 Myrsで始まると考えられているため、観測が困難です。この時点では、原始星はまだ星周エンベロープに深く埋め込まれています。20〜80 M Jの質量を持つ褐色矮星は、重水素燃焼の開始が1〜10 Myrsという古い年齢で発生するため、より簡単なターゲットになるはずです。[10] [11]これらの予測にもかかわらず、非常に低質量の星の観測では、重水素燃焼不安定性に関連する可能性のある変動は検出されませんでした。[12] Ruíz-Rodríguezらは、若い褐色矮星SSTc2d J163134.1-24006の周りの楕円形の一酸化炭素殻は、古い星のヘリウム殻フラッシュを彷彿とさせる激しい重水素フラッシュによるものであると提案しました。[11]
惑星では
重水素の核融合は惑星でも起こり得ることが示されています。固体核の上で重水素の核融合が始まる質量閾値も、およそ木星質量の13倍（1 M J =1.889 × 10 27 kg）。[13] [14]
その他の反応
陽子との核融合は重水素を消費する主な方法ですが、他の反応も可能です。これには、別の重陽子との核融合によるヘリウム3、トリチウム、またはまれにヘリウム4の形成、またはヘリウムとの核融合によるリチウムのさまざまな同位体の形成が含まれます。[15] 経路には以下が含まれます。[要出典]
参考文献
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