p過程

中子俘獲過程的產物通過俘獲質子放出伽馬光子或吸收伽馬光子釋放中子的反應生成豐質子原子核的過程叫做p過程。

基本介紹

• 中文名：p過程
• 外文名：p process
• 隸屬學科：天體物理學
• 發生場所：超新星
• 產物：豐質子原子核

簡介

在質量數為70～200的範圍內,有許多豐質子核素是壽命很長的,但由於它們的同位素中有質子數較低的穩定核素存在,所以它們不可能是由中子俘獲（s過程或r過程）產生的。研究證明,這些豐質子核素是通過質子過程（p過程）形成的。p過程有兩種生產機制：一種是光核反應,主要為（γ,n）反應；另一種是質子俘獲過程,以（p,γ）和（p,n）為主。p過程產生的核的主要特徵是豐度低,但反應截面很高,其平均豐度僅為s過程或r過程核豐度的1%左右,這是因為它們是以s過程或r過程的核作為種子核的緣故。理論計算表明,質子俘獲反應的溫度應為(10～20)×10^8開,質子密度100克/厘立方厘米,且預先要有重核存在。因此,質子俘獲反應只能在超新星階段發生。

說明

低豐度的富質子原子核，如Mo、Sn、Sn、Sm（鉬、錫、釤的同位素）等，不能由s過程或r過程形成。它們可以從中子俘獲過程的產物出發，再通過俘獲質子 放出γ光子的反應(p,γ),或者通過吸收γ光子放出中子的反應(γ,n)而生成。這兩種過程統稱為p過程。p過程可能發生在溫度T≥10K、密度ρ＜10克/厘米的超新星的殼層中。

歷史背景

當P-過程在著名的BFH paper在1957年被提出時，這個過程的物理性質還未被了解。作者相信多數比鐵重的原子，一般都是由S-過程和R-過程創造的富含中子原子，這兩種機制都是經由中子捕獲創造富含中子原子的主要過程。然而，也觀察到一些不可能由S-過程或R-過程創造的富含質子的原子核，像是 Pt或Yb。這種簡單的觀測建議必定有一種創造出富含質子的重原子核的主要過程，因此單純的建議這種過程為質子過程或簡寫為P-過程。有趣且值得注意的是，實際上這個過程被了解與建議的名稱 －質子捕獲－ 無關。因為命名原則在歷史上的錯誤指引，Rp-過程會被誤解為就是P-過程。

原理

如果考慮一個穩定的原子核，有兩種方法可以增加質子對中子的比率—可以加入質子或是減少中子。Rp-過程是增加質子，P-過程是經由光致蛻變的機制發生的，這時一個γ-射線或是精力充沛的光子會將粒子從原子核內敲出，這也是為何P-過程有時會被稱為γ-過程的原因。通過對核種圖的審查，可以看出從氫到鈣（1＜ A ＜ 40），穩定的原子核內質子和中子的數目大致是相等的。然而，更重的穩定原子核內，因為庫侖斥力的緣故，中子會比質子多一個或更多。對原子序超過100的原子核（A＞100），P-過程在核合成的過程負責移除中子或等量的質子，使中子的數量增加以使產生的原子核能夠穩定。有兩個主要的核反應來完成這項工作，中子-光致蛻變和α粒子- 光致蛻變，分別書寫為（γ,n）和（γ,α）來表示。