Альфа-процесс

Создание элементов за пределами углерода с помощью альфа-процесса

Альфа-процесс, также известный как альфа-лестница, - это один из двух классов реакций ядерного синтеза, с помощью которых звезды превращают гелий в более тяжелые элементы, другой - процесс тройного альфа. Процесс тройного альфа потребляет только гелий и производит углерод. После того, как накопится достаточное количество углерода, протекают указанные ниже реакции, в которых используется только гелий и продукт предыдущей реакции.

$C 6 12 + He 2 4 ⟶ O 8 16 + γ E = 7,16 M e VO 8 16 + He 2 4 ⟶ Ne 10 20 + γ E = 4,73 M e V Ne 10 20 + He 2 4 ⟶ Mg 12 24 + γ E = 9,32 M e V Mg 12 24 + He 2 4 ⟶ Si 14 28 + γ E = 9,98 M e V Si 14 28 + He 2 4 ⟶ S 16 32 + γ E = 6,95 M e VS 16 32 + He 2 4 ⟶ Ar 18 36 + γ E = 6,64 M e V Ar 18 36 + He 2 4 ⟶ Ca 20 40 + γ E = 7,04 M e V Ca 20 40 + He 2 4 ⟶ Ti 22 44 + γ E = 5,13 M e V Ti 22 44 + He 2 4 ⟶ Cr 24 48 + γ E = 7,70 M e V Cr 24 48 + He 2 4 ⟶ Fe 26 52 + γ E = 7,94 M e V Fe 26 52 + He 2 4 ⟶ Ni 28 56 + γ E = 8,00 M е В {\ Displaystyle {\ begin {array} {ll} {\ ce {_6 ^ {12} C + _2 ^ 4He ->_ {8} ^ {16} O + \ gamma }} E = 7,16 \ \ mathrm {МэВ} \\ {\ ce {_8 ^ {16} O + _2 ^ 4He ->_ {10} ^ {20} Ne + \ gamma}} E = 4,73 \ \ mathrm { МэВ} \\ {\ ce {_ {10} ^ {20} Ne + _2 ^ 4He ->_ {12} ^ {24} Mg + \ gamma}} E = 9.32 \ \ mathrm {МэВ} \\ {\ ce {_ {12} ^ {24} Mg + _2 ^ 4He ->_ {14} ^ {28} Si + \ gamma}} E = 9,98 \ \ mathrm {МэВ} \\ {\ ce {_ {14} ^ {28} Si + _2 ^ 4He ->_ {16} ^ {32} S + \ gamma}} E = 6,95 \ \ mathrm {МэВ} \\ {\ ce {_ {16} ^ {32} S + _2 ^ 4He ->_ {18} ^ {36} Ar + \ gamma}} E = 6,64 \ \ м athrm {МэВ} \\ {\ ce {_ {18} ^ {36} Ar + _2 ^ 4He ->_ {20} ^ {40} Ca + \ gamma}} E = 7,04 \ \ mathrm {МэВ} \\ {\ ce {_ {20} ^ {40} Ca + _2 ^ 4He ->_ {22} ^ {44} Ti + \ gamma}} E = 5,13 \ \ mathrm {МэВ} \\ {\ ce {_ { 22} ^ {44} Ti + _2 ^ 4He ->_ {24} ^ {48} Cr + \ gamma}} E = 7,70 \ \ mathrm {МэВ} \\ {\ ce {_ {24} ^ {48} Cr + _2 ^ 4He ->_ {26} ^ {52} Fe + \ gamma}} E = 7,94 \ \ mathrm {МэВ} \\ {\ ce {_ {26} ^ {52} Fe + _2 ^ 4He ->_ {28} ^ {56} Ni + \ gamma}} E = 8.00 \ \ mathrm {МэВ} \ end {array}}}$

E - энергия, производимая реакцией, выделяемая в основном как гамма-лучи (γ).

Распространено заблуждение, что приведенная выше последовательность заканчивается на $28\; 56\; N\; i\; \{\backslash \; displaystyle\; \backslash \; mathrm\; \{\_\; \{28\}\; ^\; \{56\}\; Ni\}\}$(или $26\; 56\; F\; e\; \{\backslash \; displaystyle\; \backslash \; mathrm\; \{\_\; \{26\}\; ^\; \{56\}\; Fe\}\}$, который является продуктом распада $28\; 56\; N\; i\; \{\backslash \; displaystyle\; \backslash \; mathrm\; \{\_\; \{28\}\; ^\; \{56\}\; Ni\}\}$), потому что это наиболее стабильный нуклид, т. Е. Он имеет самую высокую энергию связи ядра на нуклон, а для образования более тяжелых ядер требуется энергия (эндотермический ) вместо его высвобождения (экзотермический ). $28\; 62\; N\; i\; \{\backslash \; displaystyle\; \backslash \; mathrm\; \{\_\; \{28\}\; ^\; \{62\}\; Ni\}\}$(Никель-62 ) на самом деле является наиболее стабильным нуклидом. Однако последовательность заканчивается на $28\; 56\; N\; i\; \{\backslash \; displaystyle\; \backslash \; mathrm\; \{\_\; \{28\}\; ^\; \{56\}\; Ni\}\}$, потому что условия внутри звезды вызывают конкуренцию между фотораспадом и альфа-процесс для фотодезинтеграции вокруг железа, что приводит к более $28\; 56\; N\; i\; \{\backslash \; displaystyle\; \backslash \; mathrm\; \{\_\; \{28\}\; ^\; \{56\}\; Ni\}\}$образуется, чем $28\; 62\; N\; i\; \{\backslash \; displaystyle\; \backslash \; mathrm\; \{\_\; \{28\}\; ^\; \{62\}\; Ni\}\}$.

Все эти реакции имеют очень низкую скорость при температурах и плотностях звезд, и поэтому не вносят значительного вклада в производство энергии звездой; с элементами тяжелее неона (атомный номер >10) они возникают еще труднее из-за увеличения кулоновского барьера.

элементов процесса Alpha (или альфа-элементы ) являются так называемыми, поскольку их наиболее распространенные изотопы являются целыми числами, кратными четырем, массе ядра гелия (альфа-частица ); эти изотопы известны как альфа-нуклиды. Стабильными альфа-элементами являются: C, O, Ne, Mg, Si, а S ; Ar и Ca являются стабильными с наблюдениями. Они синтезируются путем альфа-захвата до процесса кремниевого сплавления, предшественника сверхновых типа II. Кремний и кальций - это элементы чисто альфа-процесса. Магний может быть сожжен посредством реакций захвата протона. Что касается кислорода, некоторые авторы считают его альфа-элементом, а другие нет. Кислород, несомненно, является альфа-элементом в звездах с низкой металличностью популяции II. Он производится в сверхновых типах II, и его улучшение хорошо коррелирует с улучшением других элементов альфа-процесса. Иногда углерод и азот считаются элементами альфа-процесса, поскольку они синтезируются в ядерных реакциях альфа-захвата.

Содержание альфа-элементов в звездах обычно выражается логарифмически:

$[\alpha \; /\; Fe]\; =\; log\; 10\; \; (N\; \alpha \; N\; Fe)\; S\; tar\; -\; log\; 10\; \; (N\; \alpha \; N\; Fe)\; S\; un\; \{\backslash \; displaystyle\; [\backslash \; alpha\; /\; \{\backslash \; ce\; \{Fe\}\}]\; =\; \backslash \; log\; \_\; \{10\}\; \{\backslash \; left\; (\{\backslash \; frac\; \{N\; \_\; \{\backslash \; alpha\}\}\; \{N\; \_\; \{\{\backslash \; ce\; \{Fe\}\}\})\; \}\}\; \backslash \; right)\; \_\; \{Star\}\}\; -\; \backslash \; log\; \_\; \{10\}\; \{\backslash \; left\; (\{\backslash \; frac\; \{N\; \_\; \{\backslash \; alpha\}\}\; \{N\; \_\; \{\{\backslash \; ce\; \{Fe\}\}\}\}\}\; \backslash \; right)\; \_\; \{Солнце\; \}\}\}$,

Здесь $N\; \alpha \; \{\backslash \; displaystyle\; N\; \_\; \{\backslash \; alpha\}\}$и $N\; Fe\; \{\backslash \; displaystyle\; N\; \_\; \{\{\backslash \; ce\; \{Fe\}\}\}\}$- количество альфа-элементов и ядер железа в единице объема. Теоретические модели галактической эволюции предсказывают, что в начале Вселенной было больше альфа-элементов по сравнению с железом. Сверхновые типа II в основном синтезируют кислород и альфа-элементы (Ne, Mg, Si, S, Ar, Ca и Ti), в то время как сверхновые типа Ia в основном производят элементы пика железа (Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co и Ni ), но также альфа-элементы.

Ссылки

Внешние ссылки

• Возраст, металличность и изобилие альфа-элементов в галактических шаровых скоплениях из моделей одиночного звездного населения