元素合成理論

【中文詞條】元素合成理論

【外文詞條】theory of nucleosynthesis

【作??者】曲欽嶽

早期提出的假説有﹕平衡過程假説﹑中子俘獲假説﹑聚中子裂變假説等。它們都試圖用單一過程解釋全部元素的成因﹐結果是顧此失彼﹐難以自圓其説。1957年﹐伯比奇夫婦﹑福勒﹑霍伊爾等人提出了元素在恆星內合成的假説,通常簡稱為B^2FH理論。他們摒棄了全部元素都是通過單一過程一次形成的想法﹐提出了與恆星不同演化階段相應的八個形成過程﹐認為所有的元素及其同位素都是由氫通過發生在恆星上的八個過程逐步合成的。它們合成後﹐由恆星拋射到宇宙空間﹐形成了我們所觀測到的元素的丰度分佈。BFH理論提出的八個過程是﹕氫燃燒﹕發生於温度T ≧7×10^6K的條件下﹐是四個氫核聚變為氦核的過程﹔氦燃燒﹕發生於T ≧10^8K的條件下﹐是由氦核聚變為碳核(12^C和氧核(16^O))等的過程﹔α過程﹕α粒子與Ne相繼反應生成Mg﹑Si﹑S﹑Ar等的過程﹔e過程﹐即所謂的平衡過程﹕發生在温度和密度都很高的條件下o元素丰度曲線上的鐵峯元素(V﹑Cr﹑Mn﹑Fe﹑Co﹑Ni等)通過這個過程生成﹔s過程﹐即慢中子俘獲過程﹔r過程﹐即快中子俘獲過程﹕比鐵峯元素更重的元素可能通過r或s過程生成﹔p 過程﹐即質子俘獲過程﹕一些低丰度的富質子同位素可能通過這個過程生成﹔x過程﹕生成D﹑Li﹑Be﹑B等低丰度輕元素的過程。

BFH理論發表後﹐不斷得到原子核物理學﹑天體物理學和宇宙化學方面的新成就的補充和修正。其主要進展有﹕提出了一些新的過程﹐如碳燃燒﹑氧燃燒和硅燃燒等﹐碳燃燒﹑氧燃燒和硅燃燒分別發生在T ≧6×10^8K﹑T ≧10^9K和T ＞3×10^9K或4×10^9K的條件下。近年來的研究發現﹐爆發性碳燃燒可以説明Ne到Si的觀測丰度﹐爆發性氧燃燒可以説明Si到Ca的觀測丰度﹐準平衡的硅燃燒可以説明鐵峯元素的觀測丰度。在許多天體上﹐氦丰度相當大﹐按質量計約為30%﹐用恆星內部的核反應理論不能説明這個事實。大爆炸宇宙學認為宇宙曾經有過一段從熱到冷的演化史。宇宙早期温度很高﹐生成氦的效率也高﹐從而造成氦的高丰度。Li﹑Be﹑B等輕元素的觀測丰度﹐可以用宇宙線粒子與星際空間的C﹑N﹑O﹑Ne等原子核碰撞而使後者碎裂來説明。

E.M.Burbidge et al.﹐Rev. Mod. Phys.﹐Vol.29﹐p.547﹐1957.