Der dreifache Alpha-Prozess ist eine Reihe von Kernfusionsreaktionen, durch die drei Helium 4 Kerne (Alphateilchen) in Kohlenstoff umgestaltet werden.

Ältere Sterne fangen an, Helium anzusammeln, das durch die Protonenproton-Kettenreaktion und den Zyklus des Stickstoff-Sauerstoffes des Kohlenstoff in ihren Kernen erzeugt ist. Die Produkte von weiteren Kernfusionsreaktionen von Helium mit Wasserstoff oder einem anderen Helium-Kern erzeugen Lithium 5 und Beryllium 8 beziehungsweise, von denen beide hoch nicht stabil sind und fast sofort zurück in kleinere Kerne verfallen. Wenn der Stern anfängt, an Wasserstoff knapp zu werden, um durchzubrennen, beginnt der Kern des Sterns zusammenzubrechen, bis sich die Haupttemperatur dazu erhebt. An diesem Punkt brennen Helium-Kerne zusammen an einer Rate hoch genug durch, um mit der Rate zu konkurrieren, an der ihr Produkt, Beryllium 8, zurück in zwei Helium-Kerne verfällt. Das bedeutet, dass es immer einige Beryllium 8 Kerne im Kern gibt, der mit noch einem anderen Helium-Kern durchbrennen kann, um Kohlenstoff 12 zu bilden, der stabil ist:

Die Nettoenergieausgabe des Prozesses ist 7.275 MeV.

Weil der Prozess des dreifachen Alphas unwahrscheinlich ist, verlangt er, dass ein langer Zeitraum der Zeit Kohlenstoff erzeugt. Eine Folge davon ist, dass kein Kohlenstoff im Urknall erzeugt wurde, weil innerhalb von Minuten nach dem Urknall die Temperatur darunter gefallen ist, das für die Kernfusion notwendig ist.

Normalerweise würde die Wahrscheinlichkeit des dreifachen Alpha-Prozesses äußerst klein sein. Jedoch hat das Beryllium 8 Boden-Staat fast genau die Energie von zwei Alphateilchen. Im zweiten Schritt, + Sein, hat Er fast genau die Energie des aufgeregten Staates C. Diese Klangfülle vergrößert außerordentlich die Wahrscheinlichkeit, dass sich ein eingehendes Alphateilchen mit Beryllium 8 verbinden wird, um Kohlenstoff zu bilden. Die Existenz dieser Klangfülle wurde von Fred Hoyle vor seiner wirklichen Beobachtung vorausgesagt, die auf der physischen Notwendigkeit dafür gestützt ist, um in der Größenordnung von in Sternen zu bildendem Kohlenstoff zu bestehen. Der Reihe nach Vorhersage und dann hat die Entdeckung dieser Energieklangfülle und Prozesses sehr bedeutende Unterstützung zur Hypothese von Hoyle von stellarem nucleosynthesis gegeben, der diese ganze Chemikalie postuliert hat, waren Elemente von Wasserstoff, der wahren primordialen Substanz ursprünglich gebildet worden.

Als eine Nebenwirkung des Prozesses können einige Kohlenstoff-Kerne mit zusätzlichem Helium durchbrennen, um ein stabiles Isotop von Sauerstoff und Ausgabe-Energie zu erzeugen:

: +  + γ (+7.162 MeV)

Sieh Alpha für mehr Details über diese Reaktion und weitere Schritte in der Kette von stellarem nucleosynthesis in einer Prozession gehen.

Das schafft eine Situation, in der stellarer nucleosynthesis große Beträge von Kohlenstoff und Sauerstoff erzeugt, aber nur ein kleine Bruchteil dieser Elemente wird in schwerere und Neonelemente umgewandelt. Sowohl Sauerstoff als auch Kohlenstoff setzen die 'Asche' aus dem Helium-Brennen zusammen. Der anthropic Grundsatz ist umstritten zitiert worden, um die Tatsache zu erklären, dass Kernklangfülle empfindlich eingeordnet wird, um große Beträge von Kohlenstoff und Sauerstoff im Weltall zu schaffen.

Fusionsprozesse erzeugen Elemente nur bis zu Nickel (der später zu Eisen verfällt); schwerere Elemente (diejenigen außer Ni) werden hauptsächlich durch die Neutronfestnahme geschaffen. Die langsame Festnahme von Neutronen, dem S-Prozess, erzeugt ungefähr Hälfte dieser schweren Elemente. Die andere Hälfte wird durch die schnelle Neutronfestnahme, den R-Prozess erzeugt, der wahrscheinlich in einer Kernzusammenbruch-Supernova vorkommt.

Reaktionsrate und Sternevolution

Die Schritte des dreifachen Alphas sind von der Temperatur und Dichte des Sternmaterials stark abhängig. Die durch die Reaktion veröffentlichte Energie ist zur Temperatur zur 40. Macht und der quadratisch gemachten Dichte ungefähr proportional. Stellen Sie dem zur SEITEN-Kette gegenüber, die Energie an einer Rate erzeugt, die zur vierten Macht der Temperatur und direkt mit der Dichte proportional ist.

Diese starke Temperaturabhängigkeit hat Folgen für die späte Bühne der Sternevolution, die rote riesige Bühne.

Für niedrigere Massensterne wird das Helium, das im Kern anwächst, am weiteren Zusammenbruch nur durch den Elektronentartungsdruck verhindert. Der Druck im Kern ist so fast der Temperatur unabhängig. Eine Folge davon ist, dass sobald ein kleinerer Stern beginnt, das Verwenden des Prozesses des dreifachen Alphas zu verbrennen, breitet sich der Kern nicht aus und wird als Antwort kühl; die Temperatur kann nur zunehmen, der auf die Reaktionsrate hinausläuft, die weiter noch zunimmt und eine flüchtige Reaktion wird. Dieser Prozess, der als der Helium-Blitz bekannt ist, dauert eine Sache von Sekunden, aber verbrennt 60-80 % des Heliums im Kern. Im Kernblitz werden erstaunliche Mengen der Energie erzeugt, dem Stern erlaubend, etwa 10 Sonnenlichtstärke zu erreichen, der mit einer ganzen Milchstraße vergleichbar ist, obwohl keine Effekten an der Oberfläche des Sterns sofort sichtbar sein werden.

Für höhere Massensterne kommt das Helium-Brennen in einer Schale vor, die einen degenerierten Kohlenstoff-Kern umgibt. Da die Helium-Schale nicht degeneriert ist, veranlasst der vergrößerte Thermaldruck wegen der durch das Helium-Brennen veröffentlichten Energie den Stern sich auszubreiten. Die Vergrößerung kühlt die Helium-Schicht ab und stellt die Reaktion und die Sternverträge wieder ab. Dieser zyklische Prozess veranlasst den Stern, stark variabel zu werden, und läuft darauf hinaus, Material von seinen Außenschichten verjagend.

Entdeckung

Der dreifache Alpha-Prozess ist von Kohlenstoff 12 und Beryllium 8 habende Klangfülle mit derselben Energie wie Helium 4 hoch abhängig, und vor 1952 war kein solches Energieniveau bekannt. Astrophysiker Fred Hoyle hat die Tatsache verwendet, dass Kohlenstoff 12 im Weltall als Beweise für die Existenz des Kohlenstoff 12 Klangfülle, darin reichlich ist, was ein Beispiel der Anwendung des Anthropic Grundsatzes ist: Wir sind hier, und wir werden aus Kohlenstoff gemacht, so muss Kohlenstoff irgendwie entstanden sein und der einzige physisch denkbare Weg durch dreifache Alpha-Prozesse ist, der die Existenz einer Klangfülle in einer gegebenen sehr spezifischen Position in den Spektren von Kohlenstoff 12 Kerne verlangt. Hoyle hat die Idee zum Kernphysiker William (Schniedel) A. Fowler vorgeschlagen, der zugegeben hat, dass es möglich war, dass dieses Energieniveau in der vorherigen Arbeit verpasst worden war. Vor 1952 hatte Fowler bereits das Beryllium 8 Klangfülle entdeckt, und Edwin Salpeter hat die Reaktionsrate berechnet, diese Klangfülle in Betracht ziehend. Das hat geholfen, die Rate des Prozesses zu erklären, aber die von Salpeter berechnete Rate war noch etwas zu niedrig. Ein paar Jahre später, nach einem Unternehmen durch seine Forschungsgruppe am Strahlenlaboratorium von Kellogg am Institut von Kalifornien für die Technologie, hat Fowler einen Kohlenstoff 12 Klangfülle in der Nähe von 7.65 MeV entdeckt, die die Enddiskrepanz zwischen der Kerntheorie und der Theorie der Sternevolution beseitigt hat.

Das Endreaktionsprodukt liegt in 0 + Staat. Seitdem der Staat Hoyle vorausgesagt wurde, um entweder 0 + oder 2 + zu sein, wie man erwartete, wurden Staat, Elektronpositron-Paare oder Gammastrahlung gesehen. Jedoch, als Experimente ausgeführt wurden, wurde der Gammaemissionsreaktionskanal nicht beobachtet. Das hat bedeutet, dass der Staat 0 + Staat sein muss, weil eine Gammaemission mindestens 1 Einheit des winkeligen Schwungs wegträgt, weil Foton Partikeln mit der inneren Drehung 1 ist. Das Elektronpositron-Paar wird bevorzugt, weil sie fermions sind, und sich ihre vereinigten Drehungen (0) zu einer Reaktion paaren können, die eine Änderung im winkeligen Schwung 0 hat.

Siehe auch

• Helium-Blitz
• Protonenproton-Kette
• CNO Zyklus