[科普中国]-硅燃烧过程

硅燃烧过程在天体物理的核聚变反应序列中是非常短暂的过程1，它发生在质量至少是8-11太阳质量的恒星。对恒星而言，硅燃烧是大质量恒星长期以来以核聚变供应能量的最后阶段，是燃料耗尽的生命终点，然后她们就将离开赫罗图上的主序带。它之前的几个阶段是氢、氦、碳、氖、和氧燃烧过程。当重力收缩使恒星的核心温度升高到27至35亿K的高温时，确实的温度依据恒星的质量来决定，硅燃烧便开始了。当一颗恒星完成了硅燃烧阶段之后，已经不再有燃料可供融合。恒星将发生灾难式的坍塌，并且可能会爆炸成被称为II型的超新星。

核聚变序列和α过程一颗恒星完成氧燃烧过程后，它核心的主要成分是硅和硫。如果它有足够的质量，它将会进一步的收缩，直到核心达到27至35亿K（230-300电子伏特）。在这样的温度，硅和其它的元素可以光致蜕变，发射出一颗质子或是α粒子。硅燃烧引起的氦核作用会将α粒子（相当于一个氦原子核，两个质子加上两个中子）添加进原子核内创造出新的元素[2]按以下的顺序进行每个步骤：

硅–28 → 硫–32 → 氩–36 → 钙–40 → 钛–44 → 铬–48 → 铁–52 → 镍–56

整个硅燃烧的序列大约只持续了一天，当镍-56产生时就停止了。这颗恒星不再经由核聚变释放出能量，因为具有56个核子的原子核中的每个核子（不分质子和中子）在所有元素中具有最低的质量。虽然铁-58和镍-62的每个核子比铁-56具有稍高的束缚能2，但在α过程的下一步是锌-60，每个核子的质量以有微量的增加，因此在热力学上是不利的。镍-56（有28个质子）的半衰期为6.02天，以β+衰变成为钴-56（有27个质子），再以77.3天的半衰期蜕变成为铁-56（有26个质子），但是在大质量恒星的核心内只有几分钟的时间可以让镍进行衰变。恒星已经耗尽核燃料，并且在几分钟内就开始收缩。重力收缩的位能会将核心加热至5GK（430KeV），虽然这会阻止和延迟收缩，然而因为没有额外的热能通过新的核聚变生成，收缩迅速的加快只维持几秒钟就坍塌了。恒星核心的部分不是被挤压成为中子星，就是因为质量够大而成为黑洞。恒星的外层被吹散，爆炸成为II型超新星，可以闪耀几天到几个月。超新星爆炸释放和喷发出大量的中子，其中大约有半数在一秒钟内通过称为r-过程（此处的R代表快速中子捕获）形成比铁更重的元素。

结合能下图显示出各种元素的结合能，结合能经由两种不同的途径增加：

它是从核心中移除核子所必须的能量。

当一个核子被加入核心时所释放出来的能量。

如图所示，当核子被加入像氢这样的轻元素时，能释放出极大的能量（结合能增加很多）－核聚变的过程。（所以质子-质子链反应能长期提供恒星能量）；反过来，当核子被从像铀这样的重元素移出时，会释放出能量－核分裂的过程。在恒星，快速的核合成过程添加氦原子核（α粒子）形成较重的原子核。虽然核子数58和62有最低的结合能，但4个核子的加入导致镍-56（14个α粒子）产生的下一个元素 －锌-60（15个α粒子）－ 时，实际上是消耗能量而不是释放能量。 由于核子数为58和62的原子核有着最大的束缚能，导致加入4个核子进入镍56产生下一个元素锌60时，实际上是消耗能量而不是释放能量。因此镍56是大质量恒星以核聚变能产生的最后一种元素。因此，镍-56是大质量恒星进行核聚变反应的最后产物。镍-56的衰变解释了在金属陨石和岩石行星的核心中有大量的铁-56。

本词条内容贡献者为:

李晓林 - 教授 - 西南大学