Siklus CNO

Daur karbon.

Siklus CNO (karbon-nitrogen-oksigen) atau daur karbon atau daur cc (carbon cycle) adalah salah satu dari dua reaksi fusi yang mengubah hidrogen menjadi helium di dalam inti bintang, reaksi lainnya adalah reaksi rantai proton-proton.

Reaksi rantai proton-proton terutama terjadi di dalam bintang-bintang seukuran Matahari atau lebih kecil, namun reaksi pertama dari rantai proton-proton yang melibatkan dua proton memiliki penampang nuklir (cross section) yang kecil. Pada temperatur yang lebih tinggi bottleneck tersebut dilalui dengan memanfaatkan atom-atom karbon sebagai katalis dalam reaksi. Pada kondisi suhu inti Matahari, hanya 1,7% 4He yang diproduksi melalui mekanisme daur karbon ini, tetapi di dalam bintang-bintang yang lebih berat daur karbon menjadi sumber energi utama. Proses daur karbon pertama kali diusulkan pada tahun 1938 oleh fisikawan Hans Bethe.

Siklus utama

Dominan atau tidaknya reaksi daur karbon bergantung pada kelimpahan 12C dan temperatur. Reaksi tersebut berlangsung sebagai berikut:

(1) 1H + 12C   →   13N + γ     + 1,94 MeV
(2)     13N   →   13C + e+ + νe + 1,51 MeV
(3) 1H + 13C   →   14N + γ     + 7,55 MeV
(4) 1H + 14N   →   15O + γ     + 7,29 MeV
(5)     15O   →   15N + e+ + νe + 1,76 MeV
(6) 1H + 15N   →   12C + 4He     + 4,96 MeV

Dalam rangkaian reaksi ini, secara netto, empat proton diubah menjadi satu partikel alfa, dua positron (yang segera musnah karena interaksi dengan elektron dan menghasilkan energi dalam bentuk sinar gamma) dan dua neutrino. Neutrino yang dihasilkan reaksi (2) membawa energi sekitar 0,71 MeV, sedangkan yang dihasilkan reaksi (5) membawa energi sekitar 1,00 MeV. Dari rangkaian reaksi di atas dapat dilihat bahwa inti karbon hanya bertindak sebagai katalis dan pada akhir rangkaian dihasilkan kembali. Inti-inti nitrogen dan oksigen memang terbentuk tetapi segera meluruh atau bereaksi dengan proton yang ada. Rangkaian reaksi ini dominan pada suhu di atas 15 juta Kelvin.

CNO-II

Pada suhu di atas 17 juta Kelvin, kadang-kadang reaksi (6) tidak menghasilkan 12C dan 4He, tetapi malah 16O dan sebuah foton, dan terus berlanjut dalam rangkaian reaksi sebagai berikut:

(6a) 1H + 15N   →   16O + γ     + 12,13 MeV
(7a) 1H + 16O   →   17F + γ     + 0,60 MeV
(8a)     17F   →   17O + e+ + νe + 0,80 MeV
(9a) 1H + 17O   →   14N + 4He     + 1,19 MeV

Dari 2500 interaksi antara 1H dan 15N, hanya 1 reaksi (6a) yang terjadi. Tidak seperti rangkaian reaksi pertama, di akhir rangkaian kedua 12C tidak terbentuk kembali, tetapi menghasilkan 14N. Neutrino yang dilepaskan pada reaksi (8a) membawa energi setidaknya 0,94 MeV. Seperti halnya inti nitrogen dan oksigen pada rangkaian pertama, inti fluor pada rangkaian kedua terbentuk tetapi segera meluruh.

Rangkaian reaksi utama sering disebut sebagai siklus CNO-I dan rangkaian reaksi kedua disebut sebagai siklus CNO-II.

Sumber rujukan

  • Bowers, Richard L. (1984). Astrophysics I. Boston: Jones and Bartlett Publisher, Inc. 
  • Sutantyo, Winardi (1984). Astrofisika mengenal bintang. Bandung: Penerbit ITB.