氦核作用

氦核作用 （或α作用、α反應，英語：alpha process, alpha reactions））是兩種核聚變的類型之一，能將恆星的氦轉換成重元素，另一種即是3氦過程（3α反應）^[1]。當3氦反應進行時三重α工藝僅消耗氦氣，並產生碳。當積累足夠的碳後，以下的反應將發生，所有反應僅消耗氦氣和先前反應的產物。

${\displaystyle \mathrm {_{6}^{12}C} +\mathrm {_{2}^{4}He} \rightarrow \mathrm {_{8}^{16}O} +\gamma +Q}$, Q = 7.16 MeV

${\displaystyle \mathrm {_{8}^{16}O} +\mathrm {_{2}^{4}He} \rightarrow \mathrm {_{10}^{20}Ne} +\gamma +Q}$, Q = 4.73 MeV

${\displaystyle \mathrm {_{10}^{20}Ne} +\mathrm {_{2}^{4}He} \rightarrow \mathrm {_{12}^{24}Mg} +\gamma +Q}$, Q = 9.31 MeV

${\displaystyle \mathrm {_{12}^{24}Mg} +\mathrm {_{2}^{4}He} \rightarrow \mathrm {_{14}^{28}Si} +\gamma +Q}$, Q = 9.98 MeV

${\displaystyle \mathrm {_{14}^{28}Si} +\mathrm {_{2}^{4}He} \rightarrow \mathrm {_{16}^{32}S} +\gamma +Q}$, Q = 6.95 MeV

${\displaystyle \mathrm {_{16}^{32}S} +\mathrm {_{2}^{4}He} \rightarrow \mathrm {_{18}^{36}Ar} +\gamma }$

${\displaystyle \mathrm {_{18}^{36}Ar} +\mathrm {_{2}^{4}He} \rightarrow \mathrm {_{20}^{40}Ca} +\gamma }$

${\displaystyle \mathrm {_{20}^{40}Ca} +\mathrm {_{2}^{4}He} \rightarrow \mathrm {_{22}^{44}Ti} +\gamma }$

${\displaystyle \mathrm {_{22}^{44}Ti} +\mathrm {_{2}^{4}He} \rightarrow \mathrm {_{24}^{48}Cr} +\gamma }$

${\displaystyle \mathrm {_{24}^{48}Cr} +\mathrm {_{2}^{4}He} \rightarrow \mathrm {_{26}^{52}Fe} +\gamma }$

${\displaystyle \mathrm {_{26}^{52}Fe} +\mathrm {_{2}^{4}He} \rightarrow \mathrm {_{28}^{56}Ni} +\gamma }$

通過氦核作用產生的除碳以外的元素

反應的過程是：

氦-4 → 鈹-8 → 碳-12 → 氧-16 → 氖-20 → 鎂-24 → 矽–28 → 硫–32 → 氬–36 → 鈣–40 → 鈦–44 → 鉻–48 → 鐵–52 → 鎳–56

其中從氦-4開始到矽-28的反應過程叫氦聚變，從矽-28開始至鎳-56的反應過程叫矽燃燒過程。所有這些反應在恆星內部發生的比率都不高，因此對於能量的貢獻並不大；比氖（原子量 > 10）重的元素，由於庫侖障壁的增加，因此不太容易產生。

所謂的α作用元素 （或α元素）是質量為氦核（α粒子）整數倍的同位素，它們的豐度是最高的。

α元素的原子序數≤ 28：He、Be、C、O、Ne、Mg、Si、S、Ar、Ca、Ti、Cr、Fe、Ni。它們在II型超新星的矽融合過程中經由α捕獲而形成，鎳-56是大質量恆星以核聚變能產生的最後一種元素。

矽和鈣是純粹的α作用元素，鎂可以由氫核捕獲的燃燒過程中產生。至於氧，有些人認為是α作用元素，但也有人認為不是，在金屬量低的第二星族星中，氧確實是α作用元素；其他的在第二型超新星中產生的α作用元素，它們增加的質量都和氦的質量有很好的關聯性。有時候碳和氮也會被視為α作用元素，因為它們是經由α捕獲所形成的元素。

在恆星內的α作用元素豐度通常都以對數的形式來表達：

${\displaystyle [\alpha /Fe]=\log _{10}{\left({\frac {N_{\alpha }}{N_{Fe}}}\right)_{Star}}-\log _{10}{\left({\frac {N_{\alpha }}{N_{Fe}}}\right)_{Sun}}}$,

此處${\displaystyle N_{\alpha }}$和${\displaystyle N_{Fe}}$分別是每單位體積內α作用元素和鐵原子的數量。理論的星系演化模型預測在宇宙的早期，相對於鐵有更多的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、鎂、矽、硫、氬、鈣和鈦），而Ia超新星在鐵峰頂產生元素（V、Cr、Mn、Fe、Co和Ni）。

參閱

• 3氦過程

參考資料

1. Narlikar, Jayant V. From Black Clouds to Black Holes. World Scientific. 1995: 94. ISBN 978-9810220334.

外部連結

• （英文）The Age, Metallicity and Alpha-Element Abundance of Galactic Globular Clusters from Single Stellar Population Models