Waar komen de neutronen vandaan die nodig zijn om helium te maken uit waterstof?

Antwoord

Kort gezegd : Concreet worden de neutronen bij kernfusie in sterren in feite geleverd door protonen, die in het proces een positron uitzenden dat de lading met zich meeneemt. Het proton wordt daarbij een neutron.  Bij dergelijke fusiereacties komen namelijk ook nog bijproducten vrij die juist maken dat de balans van lading, massa/energie en de andere kwantumgrootheden klopt.
 
Bij de zon wordt uit waterstof (dus protonen) helium gemaakt door kernfusie. Dit kan op twee manieren:

a) de proton-protonreeks waarvan we het hier verder de belangrijkste reeks even bekijken

b) de CNO-cyclus die belangrijk is in zware sterren. Een koolstofkern fuseert met een aantal waterstofkernen (protonen dus) tot wanneer, via stikstof, een isotoop van zuurstof ontstaat die uiteenvalt in een koolstoflkern + een heliumkern. De koolstofkern dient dus als catalysator en kan dan opnieuw herbeginnen. Op die manier heb je eigenlijk niet veel koolstof nodig want de koolstofkern waarmee je begon wordt op het einde weer gerecupereerd.

De proton-proton-reeks

 Netto zijn er vier protonen nodig om één helium-4 kern te maken. Deze laatste bestaat inderdaad uit twee protonen (positieve lading) en twee neutronen (geen lading). Waar zijn die andere ladingen dan naartoe ?
Bij de reacties die uiteindelijk waterstof omzetten in helium worden ook nog bijproducten gemaakt. De omzetting waterstof -> helium gebeurt in drie stappen :

a)  H1 + H1  ->  D2 + positron + neutrino

:: hier gebeurt het al : twee protonen vormen een deuteriumkern bestaande uit een proton en een neutron, en het positron gaat met de positieve lading lopen zodat de landingbalans klopt. Een positron is het anti-deeltje van het negatief geladen electron.

b) D2 + H1  ->  He3

:: de deuteriumkern ontmoet een derde waterstofkern en er wordt He-3 gevormd, bestaande uit twee protonen en één neutron.

c) He3 + He3  ->  H4 + 2 H1

:: twee helium-drie kernen fuseren tot een helium-vier kern + twee vrije protonen zodat ook hier de boekhouding van de ladingen klopt.
(Er lopen nog andere reeksen via beryllium.)

Bij elk van deze stappen komt ook nog energie vrij in de vorm van fotonen. Ook de massa/energie boekhouding klopt. De massa van alle eindproductien samen is 0.7 procent lager dan de beginproducten en dat klein massadeficiet is omgezet energie.

Googel eens op de trefwoorden "proton proton chain" voor details en voor de precieze getallen betreffende de energieproductie bij elk van deze stappen.

De door u vermelde reactie van   deuterium + tritium naar helium + neutron is de meestbelovende reactie voor kernfusiereacties op aarde. Ook hier zie je dat het aantal kerndeeltjes klopt en dat ook de lading klopt. Ook hier levert een klein massadeficiet de energie.