Нуклеосинтез - процесс образования ядер атомов химических элементов при эволюции Вселенной.

Мир, который нас окружает, состоит из атомов. Атомы, в свою очередь состоят из ядер и электронов, а ядра атомов с нуклонов - протонов и нейтронов. В зависимости от количества протонов в ядре атома делятся на различные химические элементы. Химические свойства атомов определяются его электронами, но количество электронов в атомах соответствует количеству протонов, поэтому именно количество протонов определяет номер химического элемента. Распространенность различных химических элементов в природе неодинакова. На Земле распространенным элементом является кислород. Во Вселенной в целом распространенным элементом является водород, вторым по распространенности - гелий.

Водород - самый простой из химических элементов. Основной изотоп водорода имеет ядро, состоящее из одного протона. Современные представления о происхождении и развитии Вселенной утверждают, что когда-то давно, примерно 13 млрд. лет назад, во Вселенной не было других химических элементов кроме водорода. Точнее, не было даже атома водорода, а то протоны и электроны еще не объединились в атомы. Вселенная в то время был горячей плазмой - состоял из протонов, электронов и электромагнитного излучения. Все остальные химические элементы возникли внастидок охлаждения этой плазмы, при котором протоны объединялись и образовывали большие, сложные ядра. Этот процесс называется нуклеосинтеза.

Образования ядер сложных атомов проходило не сразу. Его можно разделить на четыре различных стадии. Первая стадия, на протяжении которой образовались легкие ядра, проходила после Большого взрыва. Вторая стадия с образованием ядер тяжелых элементов происходил в нардах звезд, третья стадия - при взрывах сверхновых. Процесс четвертого типа - ядерный синтез легких ядер, в частности 3 He, под влиянием космических лучей продолжается с небольшой скоростью все время.

Первичный нуклеосинтез

Первичный нуклеосинтез состоялся течение первых трех минут после Большого взрыва. Ядерные реакции, происходившие при этом показаны на рисунке справа. Эти реакции ответственны за то соотношений между количеством протия, дейтерия, гелия-3 и гелия-4, которое наблюдается во Вселенной сегодня. Хотя 4 He возникает также вследствие других механизмов, например, при альфа-распада и реакциях синтеза внутри звезд, а 1 H может возникнуть в результате радиоактивного распада или при реакциях вещества с космическими лучами, большинство этих атомов возникло вскоре после Большого взрыва, между сотой и трёхсотых секундами, когда начальная кварк-глюонная плазма охладилась, и из нее сформировались протоны и нейтроны.Элементы, тяжелее лития в этот промежуток не образовались за неимением времени. В течение этого периода Вселенная быстро расширялась, в результате чего плотность вещества и температура снизились до уровня, когда скорость реакций резко упала.

Нуклеосинтез в звездах

Через много лет после Большого взрыва облака космического газа стали образовываться звезды. В недрах звезд благодаря силам гравитации вещество имеет такую высокую плотность, что реакции синтеза снова становятся возможными. Энергия, выделяемая при этих реакциях, излучается в окружающее пространство в виде электромагнитных волн, благодаря чему звезды светятся. Звезды живут многие миллионы лет. Реакции синтеза в них ответственные за создание тяжелых химических элементов.

В звездах холодных, чем Солнце процесс синтеза проходит через протон-протонный цепочку, а в горячих через цикл Бете. Ключевым моментом является образование карбона. Он может образоваться в любой звезде из трех альфа-частиц вследствие процесса, который называется тройным альфа-процессом. При реакциях синтеза высвобождаются свободные нейтроны, которые поглощаются отдельными ядрами, и, таким образом, проходит накопление тяжелых элементов.

Продукты нуклеосинтеза в недрах звезд распространяются во Вселенной в виде планетарных туманностей и солнечными ветрами.

Взрывное нуклеосинтез

Некоторые звезды в ходе своего развития взрываются и превращаются в сверхновые. При взрыве в результате быстрого синтеза образуются элементы в промежутке от кремния до никеля. Дополнительно, в результате поглощения потока нейтронов возникают тяжелые элементы. Именно вследствие таких процессов образуются радиоактивные элементы вроде урана и тория.

Синтез благодаря космическим лучам

Бомбардировка звездной вещества космическими лучами являются причиной образования легких элементов, в частности радиоактивного 3 He, а также лития, бериллия и бора.При бомбардировке космические лучи, основную часть которых составляют быстрые протоны, разбивают ядра углерода, азота и кислорода, образуя, как следствие, легче элементы.

Комментарии:


Имя (обязательно)
E-mail (обязятельно)
Сайт

Комментарии(0) Подробнее