元素起源主要研究宇宙空間各種元素（核素）形成的條件.過程及其發生地點的學科。元素起源的研究與核物理、天體物理和天體演化等學科密切相關。
基本介紹
- 中文名：元素起源
- 用途：主要研究宇宙空間各種元素
- 正文：空間化學的一個分支
- 起源：起源是宇宙物質的形成
基本信息,其他信息,
基本信息
空間化學的一個分支。主要研究宇宙空間各種元素（核素）形成的條件、過程及其發生地點的學科。元素起源的研究與核物理、天體物理和天體演化等學科密切相關。
研究簡史元素起源是宇宙物質的形成和演化問題的一個組成部分。元素起源理論是在元素宇宙豐度的測定、現代核結構理論和宇宙起源理論的基礎上逐步完善起來的。
1889年克拉克(F.W.Cl╠rke)提出元素起源於原始的“不可分原質”的近代構想。1949年,伽莫夫(G.Gamow)等提出了宇宙起源的大爆炸模型。構想物質源於中子，通過早期緻密宇宙的中子結合過程建造宇宙的所有元素，但是由於不存在質量數為5和8的穩定核素，使得過程不能跨越這兩個質量間隙合成重於He和Li的核素。
另一個構想是通過恆星核反應過程建造宇宙元素。1939年貝特(H.A. Bethe)等建立了恆星氫燃燒合成氦的理論。1946年霍伊爾(F. Hoyle)的工作開創了恆星核反應逐步合成重元素研究的現代歷史。霍伊爾等(1956)和卡梅倫(A.G.W.Gameron,1957)分別描述了建造宇宙元素所需的核過程。1957年伯比奇(M.Burbidge)、伯比奇(G.Burbidge)、福勒(W.A. Fowler)和霍伊爾的論文《恆星中元素合成》綜合了這方面的研究成果，計算了各種核素合成過程,初步解釋了元素宇宙豐度的基本特徵,奠定了元素起源現代理論的基礎。以後阿內特(W.D.Arnett)、克萊頓(D.D.Clayton)和特魯蘭(J. Truran)等又發展了爆炸核素合成理論。為了解釋宇宙的Li、Be和B的豐度，雷韋斯(H.Reeves)等於1970年提出了銀河宇宙線與星際物質相互作用生成輕元素的假說。
其他信息
核素的合成過程宇宙中的元素通過宇宙核素合成、恆星核素合成以及銀河宇宙線與星際物質相互作用生成。
宇宙核素合成元素起源與宇宙起源密切相關。宇宙大爆炸模型認為，宇宙起源於溫度極高和密度極大的原始火球（即奇點），一次大爆炸使得宇宙不斷膨脹，輻射溫度和物質密度不斷降低，這個膨脹過程今天仍在繼續。當溫度降低到某一溫度時，中子開始失去自由存在的條件，發生衰變或與質子結合，按下面反應生成H、D、He、He和少量Li：
s過程在A=209處，由於Pb發生衰變而截止。過程持續的時間約為10年。
⑦r過程以Fe為起始物質，通過連續快中子俘獲反應生成富中子核素的核過程。質量數 A>209的全部核素都是由r過程合成的。r過程由於生成的重核發生裂變而截止,一般認為截止點在質量數A為260附近（見圖）。r過程在超新星爆炸時產生，持續時間為數秒鐘。反應所需的大量中子由超新星爆炸提供。 ⑧p過程超新星激波通過其外層富氫氣圈時，以s過程和r過程核素為起始核,通過（p,γ）反應或(γ,n)反應生成富質子核素的核過程。生成較輕的富質子核素(A<150)以(p,γ)反應為主，生成較重的富質子核素(A>150)以(γ,n)反應為主。過程發生的溫度約10K。
Li、Be和B核素的合成在溫度約10K下，Li、 Be和B可被恆星中發生的(p，γ)或(p,α)反應銷毀。在氦燃燒階段,He通過三α反應跨越Li、Be和B元素直接生成C和O，因此恆星內的核過程不能生成Li、Be和B。
宇宙的Li、Be、B和B核素由銀河宇宙線的高能粒子(10～10電子伏)與星際物質（主要為C、 N和O）的相互作用生成。這個核過程在歷史上曾稱為x過程,它是一個高能吸熱核反應。這個過程分兩步進行：①高能粒子（質子和α粒子）轟擊星際物質,穿入靶原子核中與核內的數個核子碰撞，這些核子又與核內的更多核子碰撞，產生級聯反應，其中一些核子在碰撞過程中獲得足夠的能量與入射粒子一起離開靶核。②處於高激發態的殘留核通過發射數個核子釋放剩餘能量，這個階段稱為破裂階段。整個過程叫做核散裂反應。銀河宇宙線中的低能粒子與星際物質的核反應可以生成Li。另外,在宇宙大爆炸中，在新星和超新星爆炸時，以及紅巨星中的核過程也可生成一部分Li。
核素合成的發生區域不同的核素合成過程發生在不同的區域中。宇宙核素合成發生於高溫、緻密的早期宇宙中，散裂核反應生成輕元素髮生於星際介質中，其他的核素合成過程發生於恆星中。
恆星核素合成過程與恆星演化階段是相互對應的。氫燃燒發生於主序恆星中，它是恆星能量的主要來源。紅巨星內部發生氦燃燒,表面是s過程的發生區域。爆炸碳、氧和矽燃燒、e過程、r過程和 p過程發生在恆星演化末期。
超新星是爆炸核素合成的主要區域。它具有層狀結構，各層物質是各靜態核燃燒過程的產物。新星是爆炸核素合成C、N、O和F的區域。
恆星由瀰漫的星際介質凝聚而成，在其生命的後期又通過爆炸把核素合成產物拋向星際空間，返回星際介質。由此新的恆星又從星際介質中誕生。恆星的壽命與其質量相關，質量越大,演化越快,壽命越短。太陽（年齡約為46億年）和質量比太陽大的恆星，壽命比銀河系年齡（約 120億年）短得多。表明銀河系目前的元素分布特徵是若干代恆星核素合成產物的綜合結果。太陽系的元素分布特徵，反映了太陽系形成之前活躍在銀河系中的各種核素合成過程產物的累計平均狀況。
