硅燃烧过程
硅燃烧过程在天体物理的核聚变反应序列中是非常短暂的过程[1]，它发生在质量至少是8-11太阳质量的恒星。对恒星而言，硅燃烧是大质量恒星长期以来以核聚变供应能量的最后阶段，是燃料耗尽的生命终点，然后她们就将离开赫罗图上的主序带。它之前的几个阶段是氢、氦、碳、氖、和氧燃烧过程。
当引力收缩使恒星的核心温度升高到27至35亿K的高温时，确实的温度依据恒星的质量来决定，硅燃烧便开始了。当一颗恒星完成了硅燃烧阶段之后，已经不再有燃料可供融合。恒星将发生灾难式的坍塌，并且可能会爆炸成被称为II型的超新星。
核聚变序列和α过程
[编辑]一颗恒星完成氧燃烧过程后，它核心的主要成分是硅和硫[2]。如果它有足够的质量，它将会进一步的收缩，直到核心达到27至35亿K（230-300千电子伏特）。在这样的温度，硅和其它的元素可以光致蜕变，发射出一颗质子或是α粒子[2]。硅燃烧引起的氦核作用会将α粒子（相当于一个氦原子核，两个质子加上两个中子）添加进原子核内创造出新的元素[2]按以下的顺序进行每个步骤：
硅–28 → 硫–32 → 氩–36 → 钙–40 → 钛–44 → 铬–48 → 铁–52 → 镍–56
整个硅燃烧的序列大约只持续了一天，当镍-56产生时就停止了。这颗恒星不再经由核聚变释放出能量，因为具有56个核子的原子核中的每个核子（不分质子和中子）在所有元素中具有最低的质量。虽然铁-58和镍-62的每个核子比铁-56具有稍高的束缚能[3]，但在α过程的下一步是锌-60，每个核子的质量以有微量的增加，因此在热力学上是不利的。镍-56（有28个质子）的半衰期为6.02天，以β+衰变成为钴-56（有27个质子），再以77.3天的半衰期蜕变成为铁-56（有26个质子），但是在大质量恒星的核心内只有几分钟的时间可以让镍进行衰变。恒星已经耗尽核燃料，并且在几分钟内就开始收缩。引力收缩的位能会将核心加热至5GK（430KeV），虽然这会阻止和延迟收缩，然而因为没有额外的热能通过新的核聚变生成，收缩迅速的加快只维持几秒钟就坍塌了。这样，恒星核心的部分要么就被挤压成为中子星，或甚至因为质量够大而成为黑洞，抑或者在介于两者之间过渡地带中间质量范围下成为可以称得上是介于上述两种残骸星体之间过渡形式的夸克星。恒星的外层被吹散，爆炸成为II型超新星，可以闪耀几天到几个月。超新星爆炸释放和喷发出大量的中子，其中大约有半数在一秒钟内通过称为r-过程（此处的R代表快速中子捕获）形成比铁更重的元素。
结合能（束缚能）
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下图显示出各种元素的结合能，结合能经由两种不同的途径增加：
- 它是从核心中移除核子所必须的能量。
- 当一个核子被加入核心时所释放出来的能量。
如图所示，当核子被加入像氢这样的轻元素时，能释放出极大的能量（结合能增加很多）－核聚变的过程。（所以质子-质子链反应能长期提供恒星能量）；反过来，当核子被从像铀这样的重元素移出时，会释放出能量－核裂变的过程。在恒星，快速的核合成过程添加氦原子核（α粒子）形成较重的原子核。虽然核子数58和62有最低的结合能，但4个核子的加入导致镍-56（14个α粒子）产生的下一个元素 －锌-60（15个α粒子）－ 时，实际上是消耗能量而不是释放能量。 由于核子数为58和62的原子核有着最大的束缚能，导致加入4个核子进入镍56产生下一个元素锌60时，实际上是消耗能量而不是释放能量。因此镍56是大质量恒星以核聚变能产生的最后一种元素。因此，镍-56是大质量恒星进行核聚变反应的最后产物。镍-56的衰变解释了在金属陨石和岩石行星的核心中有大量的铁-56。
相关条目
[编辑]参考数据
[编辑]- ^ Woosley, S.; Janka, T. The physics of core collapse supernovae. 2006. arXiv:astro-ph/0601261
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- ^ 2.0 2.1 2.2 Clayton, Donald D. Principles of Stellar Evolution and Nucleosynthesis. University of Chicago Press. 1983: 519-524. ISBN 9780226109534.
- ^ Citation: The atomic nuclide with the highest mean binding energy （页面存档备份，存于互联网档案馆）, Fewell, M. P., American Journal of Physics, Volume 63, Issue 7, pp. 653–658 (1995). Click here （页面存档备份，存于互联网档案馆） for a high-resolution graph, The Most Tightly Bound Nuclei, which is part of the Hyperphysics （页面存档备份，存于互联网档案馆） project at Georgia State University. （页面存档备份，存于互联网档案馆）
