Nukleosynteza jest procesem, w którym powstają nowe
jądra atomowe
w wyniku łączenia się
nukleonów
czyli
protonów
i
neutronów
lub istniejących już jąder atomowych i nukleonów. Obecny
skład izotopowy Wszechświata
jest skutkiem naturalnej nukleosyntezy.
Typy nukleosyntezy:
Pierwotna nukleosynteza
W ciągu kilku-kilkunastu minut po
Wielkim Wybuchu
powstał
wodór
(1H),
deuter
(2H),
hel
-3 (3He), hel-4 (4He) oraz małe ilości
litu
i
berylu
. Na początku
ery radiacyjnej
Wszechświat
składał się z protonów, neutronów,
elektronów
,
neutrin
i
fotonów
. Pierwszym jądrem złożonym było jądro deuteru, czyli
deuteron
.
Ponieważ jest ono jądrem dość słabo związanym (
energia wiązania
~2,2
MeV
), mogło powstać dopiero wtedy, gdy średnia energia promieniowania tła spadła poniżej tej wartości, gdyż inaczej proces rozpadu jądra pod wpływem promieniowania przeważa nad procesem jego kreacji. Powstałe deuterony reagowały z protonami i neutronami tworząc jądra
trytu
i helu-3.
Następnie powstałe nuklidy reagowały ze sobą tworząc jądra helu-4.
Oprócz helu powstały też niewielkie ilości litu i berylu.
W procesie pierwotnej nukleosyntezy nie powstały cięższe nuklidy, gdyż brak stabilnych nuklidów o
masach atomowych
5 i 8, mogących być pomostem ku wytworzeniu cięższych jąder. Dodatkowym faktem jest, że rozszerzanie się Wszechświata zahamowało pierwotną nukleosyntezę, gdyż spadek gęstości materii oznaczał coraz mniejsze prawdopodobieństwo zajścia reakcji jądrowych. Wyższe nuklidy powstały dopiero po zagęszczeniu się materii w postaci gwiazd.
Gwiezdna nukleosynteza
W gwiazdach
ciągu głównego
na diagramie
H-R
hel jest syntetyzowany z wodoru na dwa możliwe sposoby: w ciągu reakcji zwanych
cyklem protonowym
(mało masywne gwiazdy), lub też w
cyklu węglowo-azotowo-tlenowym
(bardziej masywne gwiazdy).
W olbrzymach i
nadolbrzymach
następuje spalanie helu i synteza węgla, a następnie tlenu,
neonu
i magnezu, w procesach z udziałem cząstek alfa (jąder helu-4). Wyższe nuklidy, od
krzemu
aż do niklu, powstają w wyniku fuzji C, O, Ne, Mg i He. Nuklidy o nieparzystych liczbach atomowych powstają w wyniku
wychwytu neutronów
lub protonów.
Nukleosynteza w supernowych
Podczas wybuchu supernowych powstają nuklidy cięższe od niklu, m.in. w procesie
szybkiego wychwytu neutronów
.
Wysokoenergetyczne
promieniowanie kosmiczne
(składające się głównie z protonów) powoduje kruszenie jąder atomowych napotkanych obiektów, m.in. atomów w ziemskiej atmosferze.
Promieniowanie kosmiczne
jest odpowiedzialne za syntezę nuklidów Li, Be, B które nie powstają podczas nukleosyntezy w gwiazdach, oraz za powstawanie niektórych cięższych jąder (np.
węgla-14
)
Bibliografia
- Bronisław Kuchowicz, Kosmochemia, Warszawa, PWN, 1979