矽燃燒過程

矽燃燒過程在天體物理的核聚變反應序列中是非常短暫的過程，它發生在質量至少是8-11太陽質量的恆星。對恆星而言，矽燃燒是大質量恆星長期以來以核聚變供應能量的最後階段，是燃料耗盡的生命終點，然後她們就將離開赫羅圖上的主序帶。它之前的幾個階段是氫、氦、碳、氖、和氧燃燒過程。當重力收縮使恆星的核心溫度升高到27至35億K的高溫時，確實的溫度依據恆星的質量來決定，矽燃燒便開始了。當一顆恆星完成了矽燃燒階段之後，已經不再有燃料可供融合。恆星將發生災難式的坍塌，並且可能會爆炸成被稱為II型的超新星。

基本介紹

• 中文名：矽燃燒過程
• 隸屬學科：天體物理學

核聚變序列和α過程

一顆恆星完成氧燃燒過程後，它核心的主要成分是矽和硫。如果它有足夠的質量，它將會進一步的收縮，直到核心達到27至35億K（230-300電子伏特）。在這樣的溫度，矽和其它的元素可以光致蛻變，發射出一顆質子或是α粒子。矽燃燒引起的氦核作用會將α粒子（相當於一個氦原子核，兩個質子加上兩個中子）添加進原子核內創造出新的元素[2]按以下的順序進行每個步驟：

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

整個矽燃燒的序列大約只持續了一天，當鎳-56產生時就停止了。這顆恆星不再經由核聚變釋放出能量，因為具有56個核子的原子核中的每個核子（不分質子和中子）在所有元素中具有最低的質量。雖然鐵-58和鎳-62的每個核子比鐵-56具有稍高的束縛能，但在α過程的下一步是鋅-60，每個核子的質量以有微量的增加，因此在熱力學上是不利的。鎳-56（有28個質子）的半衰期為6.02天，以β+衰變成為鈷-56（有27個質子），再以77.3天的半衰期蛻變成為鐵-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。恆星已經耗盡核燃料，並且在幾分鐘內就開始收縮。重力收縮的位能會將核心加熱至5GK（430KeV），雖然這會阻止和延遲收縮，然而因為沒有額外的熱能通過新的核聚變生成，收縮迅速的加快只維持幾秒鐘就坍塌了。恆星核心的部分不是被擠壓成為中子星，就是因為質量夠大而成為黑洞。恆星的外層被吹散，爆炸成為II型超新星，可以閃耀幾天到幾個月。超新星爆炸釋放和噴發出大量的中子，其中大約有半數在一秒鐘內通過稱為r-過程（此處的R代表快速中子捕獲）形成比鐵更重的元素。

結合能

下圖顯示出各種元素的結合能，結合能經由兩種不同的途徑增加：

1. 它是從核心中移除核子所必須的能量。
2. 當一個核子被加入核心時所釋放出來的能量。

如圖1所示，當核子被加入像氫這樣的輕元素時，能釋放出極大的能量（結合能增加很多）－核聚變的過程。（所以質子-質子鏈反應能長期提供恆星能量）；反過來，當核子被從像鈾這樣的重元素移出時，會釋放出能量－核分裂的過程。在恆星，快速的核合成過程添加氦原子核（α粒子）形成較重的原子核。雖然核子數58和62有最低的結合能，但4個核子的加入導致鎳-56（14個α粒子）產生的下一個元素 －鋅-60（15個α粒子）－ 時，實際上是消耗能量而不是釋放能量。 由於核子數為58和62的原子核有著最大的束縛能，導致加入4個核子進入鎳56產生下一個元素鋅60時，實際上是消耗能量而不是釋放能量。因此鎳56是大質量恆星以核聚變能產生的最後一種元素。因此，鎳-56是大質量恆星進行核聚變反應的最後產物。鎳-56的衰變解釋了在金屬隕石和岩石行星的核心中有大量的鐵-56。

圖1 結合能的曲線