Ядерные процессы
Радиоактивный распад
Альфа-распад Бета-распад Кластерный распад Двойной бета-распад Электронный захват Двойной электронный захват Гамма-излучение Внутренняя конверсия Изомерный переход Нейтронный распад Позитронный распад Протонный распад Спонтанное деление
Термоядерная реакция Протон-протонный цикл CNO-цикл Ядерное горение дейтерия Ядерное горение лития Тройная гелиевая реакция Гелиевая вспышка Ядерное горение углерода Углеродная детонация Ядерное горение неона Ядерное горение кислорода Ядерное горение кремния Нейтронный захват r-процесс s-процесс Захват протонов: p-процесс rp-процесс Нейтронизация Реакции скалывания Взрывной нуклеосинтез

Ядерная физика
Атомное ядро · Радиоактивный распад · Ядерная реакция · Термоядерная реакция
Основные термины Атомное ядро · Изотопы · Изобары · Капельная модель ядра · Период полураспада · Массовое число · Составное ядро · Цепная ядерная реакция · Ядерное эффективное сечение
Распад ядер Закон радиоактивного распада · Альфа-распад · Бета-распад · Кластерный распад
Сложный распад Электронный захват · Двойной бета-распад · Двойной электронный захват · Внутренняя конверсия · Изомерный переход
Излучения Ионизирующее излучение · Нейтронный распад · Позитронный распад · Протонный распад · Гамма излучение · Фоторасщепление
Захваты Электронный захват · Нейтронный захват ( r-процесс · s-процесс ) · Протонный захват ( p-процесс · rp-процесс ) · Нейтронизация
Деление ядра Спонтанное деление
Первичный нуклеосинтез · Протон-протонный цикл · CNO-цикл · Тройная гелиевая реакция · Гелиевая вспышка · Ядерное горение углерода · Углеродная детонация · Ядерное горение кислорода · Ядерное горение неона · Ядерное горение кремния · Реакции скалывания
См. также: Портал:Физика

Нуклеоси́нтез (от лат. nucleus «ядро» и др.-греч. σύνθεσις «соединение, составление») — природный процесс образования ядер химических элементов тяжелее водорода . Нуклеосинтез является причиной наблюдаемой распространённости химических элементов и их изотопов.

Три главные стадии нуклеосинтеза включают в себя первичный нуклеосинтез (проходивший на начальных стадиях существования Вселенной в процессе Большого Взрыва ), звёздный нуклеосинтез (при спокойном горении и при взрывах звёзд ), а также нуклеосинтез под действием космических лучей .

Первичный нуклеосинтез

В процессе первичного нуклеосинтеза образуются элементы не тяжелее лития , стандартная модель Большого Взрыва предсказывает следующее соотношение элементов: ¹ H — 75 %, ⁴ He — 25 %, D ( ² H) — 3⋅10 ⁻⁵ , ³ He — 2⋅10 ⁻⁵ , ⁷ Li — 10 ⁻⁹ , что хорошо согласуется с экспериментальными данными определения состава вещества в объектах с большим красным смещением (по линиям в спектрах квазаров ) .

Кратковременность процесса первичного нуклеосинтеза (несколько минут) и нестабильность ядер с массовыми числами 5 и 8 («щели» в спектре масс ядер) не позволяют образоваться более тяжёлым ядрам, которые возникают лишь впоследствии, в звёздном нуклеосинтезе и под действием космических лучей в реакциях скалывания.

Звёздный нуклеосинтез

Часть самых лёгких ядер, кроме первичного нуклеосинтеза, образуются в звёздах. Основным источником энергии звёзд главной последовательности является синтез гелия-4 из водорода в протон-протонном цикле и (для звёзд, более тяжёлых, чем Солнце) в CNO-цикле . В протон-протонном ( pp ) цикле, как промежуточные продукты, образуются дейтерий, гелий-3 и литий-7.

Гелий-4 образуется также при , которое может происходить даже в коричневых карликах , где ещё невозможен pp -процесс из-за слишком малых температуры и давления в центре.

Синтез более тяжёлых ядер также происходит в звёздах. Углерод-12 нарабатывается в тройной гелиевой реакции (включая её взрывообразное проявление, известное как гелиевая вспышка , в ядрах красных гигантов ):

${\displaystyle {}_{2}^{4}{\textrm {He}}+{}_{2}^{4}{\textrm {He}}\rightarrow {}_{4}^{8}{\textrm {Be}},}$

${\displaystyle {}_{4}^{8}{\textrm {Be}}+{}_{2}^{4}{\textrm {He}}\rightarrow {}_{6}^{12}{\textrm {C}}.}$

Некоторые другие лёгкие ядра (до фтора ¹⁹ F включительно) могут синтезироваться в недрах относительно маломассивных звёзд в CNO-цикле.

Ядра до железа ⁵⁶ Fe (это ядро имеет максимальную энергию связи на один нуклон) синтезируются путём слияния более лёгких ядер в недрах массивных звёзд. В зависимости от условий, здесь задействованы такие процессы, как горение углерода (включая взрывообразное ), кислорода , неона , кремния , захват ядрами альфа-частиц ( альфа-процесс ).

Синтез тяжёлых и сверхтяжёлых ядер идёт путём медленного или быстрого нейтронного захвата (см. s-процесс , r-процесс ), вероятно в предсверхновых и при взрывах сверхновых . Образование нейтронодефицитных тяжёлых ядер идёт через p-процесс и rp-процесс (медленный и быстрый захват протонов). Захваты нейтронов и протонов сопровождаются соответственно β ⁻ - и β ⁺ -распадами образовавшихся ядер.

Экспериментальным подтверждением факта звёздного нуклеосинтеза служит низкое содержание тяжёлых элементов в старых звёздах, возникших на ранних стадиях эволюции Вселенной из материи, которая образовалась в ходе первичного нуклеосинтеза и химический состав которой не изменён звёздным нуклеосинтезом.

Взрывной нуклеосинтез

Происходит при вспышках сверхновых и других быстропротекающих процессах, связанных с потерей звездой гидростатического равновесия. Частично ответствен за образование элементов от углерода до железа и некоторой части более тяжёлых .

Нуклеосинтез в космических лучах

За счёт реакций скалывания в космических лучах из ядер углерода, азота и кислорода возникают более лёгкие ядра, «обойдённые» процессами первичного и звёздного нуклеосинтеза, в частности литий-6, бериллий-9, бор-10 и бор-11.

См. также

• Распространённость химических элементов

Примечания

Литература

• Чечев В. П., Крамаровский Я. М. // Физическая энциклопедия : [в 5 т.] / Гл. ред. А. М. Прохоров . — М. : Большая российская энциклопедия , 1992. — Т. 3: Магнитоплазменный — Пойнтинга теорема. — С. 363—366. — 672 с. — 48 000 экз. — ISBN 5-85270-019-3 .
• Ишханов Б. C., Капитонов И. М., Тутынь И. М. от 27 декабря 2012 на Wayback Machine — М.: Изд-во Московского университета.— 1998.
• Clayton, D. D. (англ.) . — Reprint. — Chicago, USA: University of Chicago Press , 1983. — ISBN 978-0-226-10952-7 .
• Clayton, D. D. Handbook of Isotopes in the Cosmos. — Cambridge, UK: Cambridge University Press , 2003. — ISBN 978-0-521-82381-4 .
• Rolfs, C. E.; Rodney, W. S. Cauldrons in the Cosmos: Nuclear Astrophysics (англ.) . — Chicago, USA: University of Chicago Press , 2005. — ISBN 978-0-226-72457-7 .
• Iliadis, C. . — Weinheim, Germany: Wiley-VCH , 2007. — ISBN 978-3-527-40602-9 .

Ссылки

• Hoyle, F. The Synthesis of the Elements from Hydrogen (англ.) // Monthly Notices of the Royal Astronomical Society . — Oxford University Press , 1946. — Vol. 106 , no. 5 . — P. 343—383 . — doi : . — Bibcode : .
• Hoyle, F. (англ.) // The Astrophysical Journal : journal. — IOP Publishing , 1954. — Vol. 1 . — P. 121 . — doi : . — Bibcode : .
• Burbidge, E. M.; Burbidge, G. R.; Fowler, W. A.; Hoyle, F. Synthesis of the Elements in Stars (англ.) // Reviews of Modern Physics . — 1957. — Vol. 29 , no. 4 . — P. 547—650 . — doi : . — Bibcode : .
• Meneguzzi, M.; Audouze, J.; Reeves, H. The Production of the Elements Li, Be, B by Galactic Cosmic Rays in Space and Its Relation with Stellar Observations (англ.) // Astronomy and Astrophysics : journal. — 1971. — Vol. 15 . — P. 337—359 . — Bibcode : .