WikiDer > Процесс горения кремния

В астрофизика, сжигание кремния очень краткий^[1] Последовательность из термоядерная реакция реакции, которые происходят в массовых звезды с минимумом около 8–11 солнечных масс. Кремний горение - заключительная стадия синтеза массивных звезд, у которых закончилось топливо, питающее их долгую жизнь в главная последовательность на Диаграмма Герцшпрунга – Рассела. Он следует за предыдущими этапами водород, гелий, углерод, неон и кислород процессы горения.

Горение кремния начинается, когда гравитационное сжатие повышает температуру ядра звезды до 2,7–3,5 миллиарда кельвинов (GK). Точная температура зависит от массы. Когда звезда завершит фазу горения кремния, дальнейший синтез невозможен. Звезда катастрофически коллапсирует и может взорваться так называемым взрывом. Сверхновая типа II.

Последовательность ядерного синтеза и фотораспад кремния

После того, как звезда завершит процесс сжигания кислорода, его ядро ​​состоит в основном из кремния и серы.^[2][3] Если он имеет достаточно большую массу, он продолжает сжиматься, пока его ядро ​​не достигнет температуры в диапазоне 2,7–3,5 ГК (230–300 кэВ). При этих температурах кремний и другие элементы могут фотодезинтегрировать, испускающий протон или альфа-частицу.^[2] Горение кремния происходит за счет фотораспадающейся перегруппировки,^[4] который создает новые элементы, добавляя одну из этих освобожденных альфа-частиц^[2] (эквивалент ядра гелия) на шаг захвата в следующей последовательности (фотоэжекция альфа-фрагментов не показана):

28 14Si	+	4 2Он	→	32 16S
32 16S	+	4 2Он	→	36 18Ar
36 18Ar	+	4 2Он	→	40 20Ca
40 20Ca	+	4 2Он	→	44 22Ti
44 22Ti	+	4 2Он	→	48 24Cr
48 24Cr	+	4 2Он	→	52 26Fe
52 26Fe	+	4 2Он	→	56 28Ni
56 28Ni	+	4 2Он	→	60 30Zn		[nb 1]

Последовательность горения кремния длится примерно один день, прежде чем на него ударит ударная волна, вызванная коллапсом ядра. Затем горение становится гораздо более быстрым при повышенной температуре и прекращается только тогда, когда цепь перегруппировки превращается в никель-56 или останавливается выбросом сверхновой и охлаждением. Звезда больше не может выделять энергию посредством ядерного синтеза, потому что ядро ​​с 56 нуклонами имеет самый низкий масса на нуклон всех элементов в последовательности альфа-процесса. Для распада никеля-56 в ядре массивной звезды доступны всего несколько минут, и только секунды, если он находится в выбросе. У звезды закончилось ядерное топливо, и через несколько минут ее ядро ​​начинает сокращаться.

Во время этой фазы сжатия потенциальная энергия гравитационного сжатия нагревает внутреннюю часть до 5 ГК (430 кэВ), что препятствует сжатию и задерживает его. Однако, поскольку никакая дополнительная тепловая энергия не может быть произведена в результате новых реакций синтеза, окончательное безальтернативное сокращение быстро перерастает в коллапс, продолжающийся всего несколько секунд. Центральная часть звезды теперь раздавлена ​​либо на нейтронная звезда или, если звезда достаточно массивная, черная дыра. Внешние слои звезды взорваны взрывом, известным как Тип II сверхновая звезда это длится от нескольких дней до нескольких месяцев. Взрыв сверхновой выпускает большой всплеск нейтронов, который может синтезировать примерно за одну секунду примерно половину запасов элементов во Вселенной, которые тяжелее железа, посредством быстрой последовательности захвата нейтронов, известной как р-процесс (где «r» означает «быстрый» захват нейтронов).

Связующая энергия

Кривая энергии связи

На приведенном выше графике показана энергия связи на нуклон различных элементов. Как можно видеть, легкие элементы, такие как водород, выделяют большое количество энергии (большое увеличение энергии связи) при объединении с образованием более тяжелых элементов - в процессе синтеза. И наоборот, тяжелые элементы, такие как уран, выделяют энергию при расщеплении на более легкие элементы - процесс ядерное деление. В звездах быстрый нуклеосинтез происходит за счет добавления ядер гелия (альфа-частиц) к более тяжелым ядрам. Хотя ядра с 58 (железо-58) и 62 (никель-62) нуклоны имеют самую высокую энергию связи на нуклон, превращая никель-56 (14 альфа) в следующий элемент, цинк-60 (15 альфа), вызывает уменьшение энергии связи на нуклон и фактически потребляет энергию, а не высвобождает ее. Соответственно, никель-56 - последний продукт термоядерного синтеза, образующийся в ядре крупной звезды. Распад никеля-56 объясняет большое количество железа-56, наблюдаемого в металлических метеоритах и ​​ядрах каменистых планет.

Смотрите также

• Альфа-нуклид
• Альфа-процесс
• Звездная эволюция
• Нуклеосинтез сверхновой
• Захват нейтронов:
  • р-процесс
  • р-процесс
  • s-процесс

Примечания

Рекомендации

внешняя ссылка

• Звездная эволюция: жизнь и смерть наших светящихся соседей, Артур Холланд и Марк Уильямс из Мичиганского университета
• Эволюция и смерть звезд, Ян Шорт
• Происхождение тяжелых элементов, к Университет Тафтса
• Глава 21: Звездные взрывы, Г. Германн
• Арнетт, В. Д., Продвинутая эволюция массивных звезд. VII - Горение кремния / Astrophysical Journal Supplement Series, vol. 35, октябрь 1977 г., стр. 145–159.
• Хикс, В. Рафаэль; Тилеманн, Фридрих-Карл (1 апреля 1996 г.). «Горение кремния. I. Нейтронизация и физика квазиравновесия». Астрофизический журнал. 460: 869. arXiv:Astro-ph / 9511088v1. Bibcode:1996ApJ ... 460..869H. Дои:10.1086/177016. Получено 29 июля 2015.