硅燃燒

學科：天體地學

詞目：硅燃燒

釋文：與氫到氧的燃燒不同,由於28Si有14個質子,庫侖位壘極高,28Si與28Si之間無法發生自身聚合反應,因此硅燃燒首先發生的反應是光解作用。在30億度的温度下,光子能量可達2×105電子伏以上,如此高能量的輻射與24Mg、28Si、32S等多種靶核作用,通過（γ,p）、（γ,n）、(γ,α)等反應釋放出質子、中子和α粒子,這些粒子又和未光解的靶核反應形成較重的核。這種先破壞後合成的過程,除Si外,Mg、Ne、S等都可能發生,統稱為硅燃燒。硅燃燒完成後,由於原子序數大於鐵原子核的每個核子的結合能隨質量的增加而減少,這樣就不能再依靠核聚變釋放出的能量來阻止恆星的引力收縮,從而使恆星坍塌,演化成為中子星或黑洞。

核融合序列和α過程

小質量的紅矮星（質量不超過0.3倍太陽質量）在耗盡氫燃料後僅能產生氦,但其核心收縮產生的温度不足以點燃氦燃燒。如果恆星有着中等的質量（大於0.3倍但小於8倍太陽質量），將能進行氦燃燒而產生碳。當它們核心的氦被耗盡時，這些恆星就結束了其主要生命歷程，在核心留下了碳核。更大質量的恆星（大於8至10倍太陽質量）能因為質量造成非常高的引力勢能而燃燒碳。在大質量的壓縮下，核心的温度可已高達6億K，而碳燃燒能產生的新化學元素如下：

大質量恆星在燃燒完碳元素之後，它會收縮來獲得更高的温度，開始如下所示的氧、氖和鎂的燃燒：

氧–16、氖–20、和鎂–24 → 硅–28和硫–32（歷經6個月長的過程）

當大質量恆星的核心只剩下硅和硫元素之後，他將繼續收縮直到核心的温度高達27至35億K；硅的燃燒點温度。硅燃燒繼承了α作用，以加入與一個氦核（兩個質子和兩個中子）相等的質量來創造新元素。每個步驟的程序如下：

硅–28 → 硫–32 → 氬–36 → 鈣–40 → 鈦–44 → 鉻–48 → 鐵–52 → 鎳–56

整個硅燃燒序列的時間從開始到鎳–56的產生大約持續一天就整個完成並停止。鎳–56（有28個質子）的半衰期為6.02天，以β輻射（正β衰變，放射出一個正電子）成為鈷–56（有27個質子），再以77.3天的半衰期蜕變成為鐵–56（有26個質子），但是在大質量恆星的核心內只有幾分鐘的時間可以讓鎳進行衰變。當硅在長達一天的燃燒序列結束時，恆星不再能進行核融合將質量轉換成能量來，因為56個核子的同位素是所有進行α作用序列的元素中，每個核子（質子和中子）質量最低的組合。即使鐵–58和鎳–62的核子質量比鐵–56還低一些，但α作用在下一階段產生的元素是鋅–60，每個核子的質量都稍微大一點，需要消耗能量而不是放出能量。恆星在燃料耗盡的幾分鐘內就會開始收縮，收縮產生的重力勢能將核心的温度提升至5兆K，雖然這能延遲恆星的塌縮，但因為已經沒有新的熱能夠經由燃料的融合產生，因此在幾秒鐘內塌縮就會發生。恆星的核心部分在撞擊下不是成為中子星，就是因為質量夠大而成為黑洞；恆星的外殼則以我們所知的II型超新星爆炸，持續向外膨脹數天到數個月。這種超新星爆炸釋放出大量噴射而出的中子，在大約一秒鐘的時間內就會經由中子捕獲——也就是所謂的r-過程——的核合成產生半數以上比鐵重的元素（此處的r代表快中子捕獲）。