Varför måste vissa neutroner genomgå betaminus-sönderfall för att initiera kärnfusionen?

Jag har läst att den svaga kraften tillåter en neutron att genomgå betaminus-sönderfall så att en proton, elektron och antineutrino skapas. Jag har också läst att i stjärnor måste vissa neutroner omvandlas till protoner för att kärnfusion ska starta. Kan ni förklara VARFÖR vissa neutroner måste genomgå betaminus-sönderfall för att initiera kärnfusionen?

Frågan ställdes 2023-01-12 av Karin, 35 år.

Precis som du skriver så kan en neutron omvandlas till en proton via betaminussönderfall och detta är mycket riktigt en viktig del i de kärnfusionsprocesser som sker i solen och andra stjärnor.

Solen består huvudsakligen av väte, och atomkärnan i en väteatom är en enda proton. Den energi som solen strålar ut har frigjorts i olika kärnfusionsreaktioner i solens inre. Det är inte enbart en sorts fusionsreaktion som sker, utan flera olika ”kedjor” med reaktioner, med nettoresultatet att vätekärnorna (protonerna) slås ihop och bildar tyngre grundämnen, i första hand helium. Men dessa tyngre grundämnen kan inte byggas upp enbart utav protoner; för att få stabila ämnen så måste man ha neutroner också. En stabil helium-kärna består t.ex. dels av 2 protoner, men det måste även finnas 1-2 neutroner för att kärnan ska vara stabil (dvs. för att den ska kunna hålla ihop och inte sönderfalla till två fria protoner igen). Så första steget i fusionsprocessen måste därför bli att två protoner slås ihop och, via betasönderfall, bildar så kallat deuterium (även kallat ”tungt väte”, en atomkärna bestående av en proton och en neutron). Dessa deuteriumkärnor kan sedan reagera med andra protoner och så småningom bilda helium. Om inte detta skedde så skulle inte heller de efterföljande fusionsreaktionerna kunna ske.

En bra bild på den reaktionskedja som är vanligast i solen finns här: https://en.wikipedia.org/wiki/Proton%E2%80%93proton_chain#/media/File:Fusion_in_the_Sun.svg

Frågan besvarades av Jacob Eriksson, universitetslektor vid avdelningen tillämpad kärnfysik, institutionen för fysik och astronomi.