Неорганическая геохимия - Хендерсон П.
Скачать (прямая ссылка):
s-Процесс начинается сразу же, как только появляются нейтроны, и, следовательно, на звездах второй или более поздних генераций он может начаться уже на стадии горения гелия. Возможности этого процесса ограничиваются стабильностью тех нуклидов, которые он производит. Следовательно, в ходе s-npo
2. «Космическая» распространенность элементов и нуклеосинтез 47
цесса не могут образоваться более тяжелые ядра, чем ядра с А=209, так как 209Ш— самый тяжелый стабильный изотоп.
з-Процесс наиболее успешно объясняет многие особенности наблюдаемых составов звезд. Например, наблюдаемую распространенность технеция в звездах трудно объяснить иначе, чем нейтронной реакцией и процессом бета-распада:
98Мо(п, 7)ОЙМо-»- 99Tc-т-e- + v.
(Заметим, что период полураспада "Мо равен 67 ч.) Это доказывает, что в-процесс является причиной узких пиков в спектре распространенности отдельных нуклидов с А = 90, А=140 и А=208.
Напротив, г-процесс не ограничивает образования элементов более тяжелых, чем В1 с 2=83, поскольку скорость нейтронного захвата почти совпадает со скоростью радиоактивного распада любого нуклида. Нуклид в обогащенном нейтронами веществе (где плотность нейтронов выше 1023 см-3) будет захватывать нейтрон за нейтроном до тех пор, пока энергия нейтронной связи не станет настолько низкой, что новый, обогащенный нейтронами нуклид не сможет удержать дополнительные нейтроны. В этом состоянии он будет «ждать», пока не произойдет бета-распад, в результате которого увеличится заряд ядра и станет возможным, как и прежде, дальнейший захват нейтронов. Из-за энергетики нейтронных связей состояния ожидания будут характерны для ядер с четным числом нейтронов. Они являются обогащенными нейтронами прародителями, которые в свое время распадутся с образованием стабильных изотопов, зачастую относительно богатых нейтронами. Временной интервал между последовательными захватами нейтронов в г-процессе, вероятно, колеблется от 0,1 до 1 с. Процесс ограничивается ядерным делением, которое начинается с А=276, а продукты деления попадают обратно в цикл, приводя к появлению пиков на спектре распространенности с А —130, А=195. Главными нуклидами, которые образуются в г-процессе, являются, таким образом, нуклиды, с атомными массовыми числами между 76 и 204. Эффект г-процесса может также значительно ослаблять фотодезинтеграция при высоких температурах.
г-Процесс менее понятен, чем э-процесс, главным образом потому, что неясен источник интенсивного нейтронного потока. Возможно, подходящие для г-процесса условия создаются при вспышке сверхновой.
При анализе таблицы нуклидов обнаруживаются некоторые важные моменты, которые помогают понять следствия процессов нейтронного захвата. Во-первых, видно (см., например, рис. 2.5), что элементы с четными атомными номерами в основном имеют больше стабильных изотопов, чем элементы с нечет
48 Часть I
ными атомными номерами, а во-вторых, изобары с четными атомными весами могут иметь более одного стабильного изотопа, а изобары с нечетными атомными весами — только один.
Приведенный на рис. 2.5 участок таблицы нуклидов рассматривается в работе [66] с позиций 8- и г-процессов. Путь Б-про-цесса прослеживается непрерывной линией, идущей через изотопы от 110Сс1 до 115С(1, через п"51п, и от 1168п до 1218п. Заслуживает внимания тот факт, что распространенность обогащенного протонами изотопа р-нуклида 1131п, который не мог образовать-
г-Процесс
Рис. 2.6. Часть схемы нуклидов, иллюстрирующая роль э- и г-процессов в образовании изотопов Сс1, 1п, Бп и БЬ. Путь э-процесса показан сплошной линией. Направление г-процесса показано линиями снизу справа (см. текст). Затененные клетки соответствуют стабильным изотопам, наблюдающимся в природе, заштрихованные клетки — изотопам, претерпевшим р-распад, которые тем самым заканчивают э-процесс для изотопов с этими номерами.
ся ни в s-, ни в r-процессе, составляет всего 4% распространенности 11В1п, который мог образоваться в s-процессе. На рисунке показано, что изотопы олова с атомными массовыми числами 117, 118, 119 и 120 могли образоваться как в s-, так и в г-про-цессе за счет бета-распада обогащенных нейтронами прародителей. Изотоп 116Sn, однако, не может образоваться в г-процессе, так как изотоп 116Cd стабилен и препятствует бета-распаду обогащенных нейтронами прародителей до 116Sn. Можно сказать, что изотоп 116Sn экранирован от r-процесса изотопом 116Cd. Напротив, изотопы 122Sn и mSn могут образоваться только при распаде прародителей в г-процессе, поскольку s-процесс прекратится на радиоактивном изотопе 121Sn. Этот пример хорошо иллюстрирует, как характер распределения стабильных изотопов в таблице нуклидов выявляет, в частности, возможные способы образования изотопов в реакциях нейтронного захвата. Относительная распространенность разных изотопов элементов может
2. «Космическая» распространенность элементов и нуклеосинтез 49
быть тесно связана с эффективными сечениями реакций нейтронного захвата.
Предполагается, что' образование тяжелых элементов может происходить при очень высоких плотностях материи, возникающих при уплотнении ядра ударной волной в процессе взрыва наружных оболочек сверхновой. Однако это предположение страдает большой неопределенностью. Прежде всего нет объяснения тому, каким образом эти тяжелые элементы избежали фотодезинтеграции на последующей высокотемпературной стадии взрывообразного расширения ядра.
