§133恒星中的核反应 恒星中A≤60的原子核的合成 原子形成之后,由于某种不稳定的因素造成了星系的形成 开始,星系是H和He原子的混合体。由于引力的作用,星 系要发生坍缩,使得原子核的动能增加,也就是体系的温度 增加。当温度足够高时,带电粒子间可以克服库仑势垒而发 生熔合核反应,从而形成较重的原子核。熔合反应中释放出 来的辐射能量形成向外的压力,阻止进一步的引力坍缩。这 样星体就处于一段时期的平衡状态(比如太阳),时间可以 持续高达1010年。当参与熔合反应的核被烧尽后,对外的压力 减小,引力坍缩又开始,温度继续升高直到下一种更重的原 子核开始燃烧。这种过程反复进行,不断产生出更重的核 素。这是4≤60原子核形成的大致机制
§13.3 恒星中的核反应 1．恒星中 的原子核的合成 原子形成之后，由于某种不稳定的因素造成了星系的形成。 一开始，星系是H和He原子的混合体。由于引力的作用，星 系要发生坍缩，使得原子核的动能增加，也就是体系的温度 增加。当温度足够高时，带电粒子间可以克服库仑势垒而发 生熔合核反应，从而形成较重的原子核。熔合反应中释放出 来的辐射能量形成向外的压力，阻止进一步的引力坍缩。这 样星体就处于一段时期的平衡状态（比如太阳），时间可以 持续高达1010年。当参与熔合反应的核被烧尽后，对外的压力 减小，引力坍缩又开始，温度继续升高直到下一种更重的原 子核开始燃烧。这种过程反复进行，不断产生出更重的核 素。这是 原子核形成的大致机制。 A ≤ 60 A ≤ 60
温度1-2x10K(现在进行H燃烧的太阳的内部温度是约 107K),4He+He→Be熔合的库仑位垒被克服。熔合反应 产生的辐射使星体的外层扩张100~1000倍,表层的能量密 度和温度因此会降低,成为红巨星。8Be不稳定,平衡时》e 的含量约是H4x103倍。 12C在765MeV处有一个激发态。Be+a→2C反应释放 的能量是745MeV。加上所处温度下体系的动能,足以使共 振核反应发生。 C+He->O+y(0=7.16 Mev, er=3.57 Mev) l6O+He-y2Ne+y(Q=4.73 MeV, Er=4.47 Mev) Ne+He>Mg+y(0=9.31 Mev, eb=5.36Mev)
温度1-2 x 108K（现在进行H燃烧的太阳的内部温度是约 107K）, 熔合的库仑位垒被克服。熔合反应 产生的辐射使星体的外层扩张100~1000倍，表层的能量密 度和温度因此会降低，成为红巨星。 8Be不稳定,平衡时8Be 的含量约是4He的4 x10-3倍。 BeHeHe →+ 844 12C在7.65MeV处有一个激发态。 反应释放 的能量是7.45MeV。加上所处温度下体系的动能，足以使共 振核反应发生。 Be α C 8 →+ 12 MgHeNe γ )MeV36.5,MeV31.9( NeHeO γ )MeV47.4,MeV73.4( OHeC γ )MeV57.3,MeV16.7( B 420 24 B 416 20 B 412 16 =+→+ = +→+ = = +→+ = = Q E Q E Q E
1C+p→3N+y CNO循环的作用是协 13N→ 3C+e++助将环境中的质子消耗 掉,把它们转变成中子 C+p→4N+y 和正电子,使He的含量 4N+p→>15O+y 增加;同时,循环中的 某些核素也会反应到更 150-15N+e++ 重的核。 1C+p→2C+4He
HeCpC eNO ν OpN γ NpC γ eCN ν NpC γ 15 412 e 15 15 14 15 13 14 e 13 13 12 13 +→+ ++→ +→+ +→+ ++→ +→+ + + CNO循环的作用是协 助将环境中的质子消耗 掉，把它们转变成中子 和正电子，使He的含量 增加；同时，循环中的 某些核素也会反应到更 重的核
当He燃烧开始减弱时,引力坍缩又开始了。只要星体质量 足够大,就可以达到足够高的温度(约10K),使2C和 160燃烧: C+"2C→2Ne+4He或Ne+p 1°O+"°O、38Si+He或3P+p 产生靠近质量数60的原子核的最后过程是Si燃烧。但此时由 于库仑势垒太高,直接的熔合反应难于发生,主要靠α俘获 反应产生更重的核: 281 He→32S+y
当He燃烧开始减弱时，引力坍缩又开始了。只要星体质量 足够大，就可以达到足够高的温度（约109K），使12C和 16O燃烧： HeSiOO 或 pP HeNeCC 或 pNe 1616 428 31 1212 20 4 23 +→+ + +→+ + 产生靠近质量数60的原子核的最后过程是Si燃烧。但此时由 于库仑势垒太高，直接的熔合反应难于发生，主要靠α俘获 反应产生更重的核： 428 32 SHeSi +→+ γ
重核素的形成 对于A>56的原子核,熔合和带电粒子俘获反应不再是有 利的形成方式,产生机制主要是中子俘获反应。 宇宙中的某些地方存在这样极强的中子源 B衰变 n俘获 B衰变 °Cu=C C 慢过程 NN一时N TNIHNiTNi Col"Col 快过程 图13-5从5Fe开始的快(r)过程和慢(s)过程 (慢过程中的虚线表示达到Cu的另一种可能的途径; 快过程可以有许多别的可能性(取决于衰变寿命和中子流强),图中只画出了一种)
2．重核素的形成 对于A>56的原子核，熔合和带电粒子俘获反应不再是有 利的形成方式，产生机制主要是中子俘获反应。 ≈ n σvnr >< 宇宙中的某些地方存在这样极强的中子源