[科普中国]-氦核作用

氦核作用 （或α作用、α反应）是两种核聚变的类型之一，能将恒星的氦转换成重元素，另一种即是3氦过程（3α反应）。

简介氦核作用（或α作用、α反应）是两种核聚变的类型之一，能将恒星的氦转换成重元素，另一种即是3氦过程（3α反应）。

氦核作用（或α作用、α反应）是两种核聚变的类型之一，能将恒星的氦转换成重元素，另一种即是3氦过程（3α反应）。 当3氦反应进行时只需要氦的参与，而一旦有一些碳产生，能消耗氦的其他反应也会发生：

反应的过程是：

氦-4 → 铍-8 → 碳-12 → 氧-16 → 氖-20 → 镁-24 → 硅–28 → 硫–32 → 氩–36 → 钙–40 → 钛–44 → 铬–48 → 铁–52 → 镍–56

其中从氦-4开始到硅-28的反应过程叫氦聚变，从硅-28开始至镍-56的反应过程叫硅燃烧过程。所有这些反应在恒星内部发生的比率都不高，因此对于能量的贡献并不大；比氖（原子量> 10）重的元素，由于库仑障壁的增加，因此不太容易产生。

所谓的α作用元素（或α元素）是质量为氦核（α粒子）整数倍的同位素，它们的丰度是最高的。

α元素的原子序数≤ 28：He、Be、C、O、Ne、Mg、Si、S、Ar、Ca、Ti、Cr、Fe、Ni。它们在II型超新星的硅融合过程中经由α捕获而形成，镍-56是大质量恒星以核聚变能产生的最后一种元素。

硅和钙是纯粹的α作用元素，镁可以由氢核捕获的燃烧过程中产生。至于氧，有些人认为是α作用元素，但也有人认为不是，在金属量低的第二星族星中，氧确实是α作用元素；其他的在第二型超新星中产生的α作用元素，它们增加的质量都和氦的质量有很好的关联性。有时候碳和氮也会被视为α作用元素，因为它们是经由α捕获所形成的元素。

在恒星内的α作用元素丰度通常都以对数的形式来表达：

此处和分别是每单位体积内α作用元素和铁原子的数量。理论的星系演化模型预测在宇宙的早期，相对于铁有更多的α作用元素。第二型超新星主要合成的元素是氧和α作用元素（氖、镁、硅、硫、氩、钙和钛），而Ia超新星在铁峰顶产生元素（V、Cr、Mn、Fe、Co和Ni）。1

3氦过程3氦过程是3个氦原子核（α粒子）转换成碳原子核的过程。

这种核聚变反应可以在超过一亿K的高温和氦含量丰富的恒星内部迅速的发生。同样的，它发生在较老年，经由质子-质子链反应和碳氮氧循环产生的氦，累积在核心的恒星。在核心的氢已经燃烧完后，核心将塌缩，直到温度达到氦燃烧的燃点。1

核聚变核聚变，又称核融合、融合反应或聚变反应，是指将两个较轻的核结合而形成一个较重的核和一个很轻的核（或粒子）的一种核反应形式。在此过程中，物质没有守恒，因为有一部分正在聚变的原子核的物质被转化为光子（能量）。核聚变是给活跃的或“主序的”恒星提供能量的过程。

两个较轻的核在融合过程中产生质量亏损而释放出巨大的能量，两个轻核在发生聚变时虽然因它们都带正电荷而彼此排斥，然而两个能量足够高的核迎面相遇，它们就能相当紧密地聚集在一起，以致核力能够克服库仑斥力而发生核反应，这个反应叫做核聚变。

举例：两个质量小的原子，比方说两个氚，在一定条件下（如超高温和高压），会发生原子核互相聚合作用，生成中子和氦-4，并伴随着巨大的能量释放。

原子核中蕴藏巨大的能量。根据质能方程E=mc，原子核之净质量变化（反应物与生成物之质量差）造成能量的释放。如果是由重的原子核变化为轻的原子核，称为核裂变，如原子弹爆炸；如果是由较轻的原子核变化为较重的原子核，称为核聚变。一般来说，这种核反应会终止于铁，因为其原子核最为稳定。

最早的人工核聚变技术是氢弹，同时在20世纪50年代，人类开始认真地研究发展用于民用目的的受控热核聚变，并一直持续到今天。在经过60年从以前的实验中做出设计改进之后，采用激光约束的国家点火装置(NIF)和采用磁约束的国际热核聚变实验反应堆(ITER)这两个主要项目的目标为在反应中产生的能量超过点燃反应所需要的能量。ITER还计划实现聚变“自持”。1

本词条内容贡献者为:

黎明 - 副教授 - 西南大学