Водород и другие легкие элементы рассеялись во Вселенной и, сгруппировавшись, образовали звезды. Под действием собственной силы тяжести звезды начали постепенно сжиматься, что приводило к повышению температуры. Когда температура в центре каждой из звезд достигла нескольких миллионов градусов, атомы водорода объединились и образовали
атомы гелия, т.е. произошла реакция «горения» ядер. Затем возникли атомы C и других тяжелых элементов. Таким образом, элементарный состав Вселенной определяется ядерными процессами в звездах. Так, температура 108 K возможна внутри звезды с массой равной массе нашего солнца. Внутри солнца постоянно идет процесс ядерных превращений:
612С + 11H →713N + γ
713N→613C + β+ + ν
613С + 11H →714N + γ
714N+ 11H →815O+ γ
815O→715N + β+ + ν
715N+ 11H →612C+ 24He
411H→24He + 2β+ + 2γ + 2ν
Эти реакции можно представить в виде автокаталитического цикла, известного как углеродный цикл Бете-фон Вайцзекера (рис. 1).
В звездах с большими массами температуры выше и там идут процессы
|
|
синтеза более тяжелых элементов. В звездах тяжелее солнца вдвое:
48Be + 24He → 612C
612C + 24He → 816O
816O + 816O → 1428Si + 24He
816O + 816O → 1531P +11H
816O + 816O → 1631Si + 01n
Звезды с массой 20 солнечных масс способны к синтезу всех элементов, вплоть до железа. Ядра Fe можно считать завершением термоядерных реакций. Железо (№ 26) имеет наиболее стабильное ядро. Каждый шаг ядерного синтеза от гелия до железа освобождает энергию и формирует более устойчивое ядро. С ходом времени количество водорода и гелия во Вселенной уменьшается, тяжелых элементов – возрастает. Ядра всех элементов после железа менее устойчивы, чем исходный материал, и не могут использоваться для образования энергии звезд. Элементы от № 27 (Mg) до № 92 (U) образуются, когда звезда истощает свое ядерное топливо, коллапсирует и взрывается как сверхновая. Ударная волна от взрыва сверхновой производит избыточную энергию, необходимую для синтеза элементов тяжелее железа.
Рис. 1. Углеродный цикл Бете-фон Вайцзекера.