[科普中國]-r過程

R-過程，或稱為快中子捕獲過程，是在核心發(fā)生塌縮的超新星（參考超新星核合成）中創(chuàng)造富含中子且比鐵重的元素的程序，并創(chuàng)造了大約一半的數(shù)量。R-過程需要以鐵為種核進(jìn)行連續(xù)的快中子捕獲，或是短程的R-過程。另一種居主導(dǎo)地位產(chǎn)生重元素的機(jī)制為S-過程，也就是通過慢中子捕獲進(jìn)行核合成，主要發(fā)生在AGB星，而這兩種過程在產(chǎn)生比鐵重的元素的星系化學(xué)演化中占了很重的分量。

中子俘獲中子俘獲是一種原子核與一個或者多個中子撞擊，形成重核的核反應(yīng)。由于中子不帶電荷，它們能夠比帶一個正電荷的質(zhì)子更加容易地進(jìn)入原子核。

在宇宙形成過程中，中子俘獲在一些質(zhì)量數(shù)較大元素的核合成過程中起到了重要的作用。中子俘獲在恒星里以快（R-過程）、慢（S-過程）兩種形式發(fā)生。質(zhì)量數(shù)大于56的核素不能夠通過熱核反應(yīng)（即核聚變）產(chǎn)生，但是可以通過中子俘獲產(chǎn)生。1

歷史R-過程似乎必須從重元素的同位素相對豐度和在1956年由Hans Suess和哈羅德·尤里重新印制的化學(xué)元素豐度表來觀察，尤其是鍺、氙、和鉑這三種元素豐度的峰值。根據(jù)量子力學(xué)和殼層模型，原子核經(jīng)放射性衰變成為同位素時，會在接近中子滴線處關(guān)閉中子殼層。這暗示了有些含量豐富的核子必須經(jīng)由快中子捕獲來創(chuàng)造，并且也只能估算哪些核子可以經(jīng)歷這樣的過程。在1957年，B2FH理論提出了S-過程和R-過程的分?jǐn)偙?，也提出了恒星核合成的理論和設(shè)置了當(dāng)代的核天體物理學(xué)的框架。2

核子物理緊接在核塌縮超新星之后，有高溫和一股強(qiáng)大的中子通量（大約有10中子每公分2每秒鐘），因此中子捕獲不僅進(jìn)行的速率遠(yuǎn)比β衰變?yōu)榭?，并且穩(wěn)定；這意味著r-過程"沿著"中子滴線進(jìn)行。只有兩件事情可以阻止這個過程超越中子滴線，一是著名的中子捕獲截面積因為中子殼層關(guān)閉而減小；另一則是重元素的的同位素穩(wěn)定區(qū)域，當(dāng)這樣的核變得不穩(wěn)定時，便會自發(fā)性的產(chǎn)生分裂，使r-過程終止（目前相信中子的豐富數(shù)可以達(dá)到A= 270，這是在核種圖上的原子量。）。在中子通量減少之后，這些極度不穩(wěn)定的放射性元素迅速的形成穩(wěn)定、中子豐富的原子核。所以，當(dāng)s-過程創(chuàng)造穩(wěn)定的原子核和封閉中子殼層時，r-過程創(chuàng)造的核子豐頂大約比s-過程的峰頂?shù)?0個原子質(zhì)量單位，r-過程的核子衰變會退回而穩(wěn)定在核種圖上原子數(shù)接近A的線。3

天文物理的場所r-過程進(jìn)行的場所相信是在核塌縮超新星（光譜為Ib和Ic超新星、II型超新星），因為能提供r-過程需要的物理條件（狀況）。無論如何，r-過程核子的豐度不是只有一小部分的超新星拋出r-過程的核子至星際物質(zhì)中，就是所有的超新星都只拋出極少量的r-過程核子。新近提出二擇一的解答是中子星并吞（在由兩顆中子星組成的聯(lián)星系統(tǒng)）可能在r-過程中也扮演著一個角色，但是這還需要觀測來證實。4

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

杜強(qiáng) - 高級工程師 - 中國科學(xué)院工程熱物理研究所