p-process

Termen p-process ( p för proton ) används på två sätt i den vetenskapliga litteraturen angående grundämnenas astrofysiska ursprung ( nukleosyntes ). Ursprungligen hänvisade det till en protonfångningsprocess som är källan till vissa, naturligt förekommande, neutrondefekta isotoper av grundämnena från selen till kvicksilver . Dessa nuklider kallas p-kärnor och deras ursprung är fortfarande inte helt förstått. Även om det visades att den ursprungligen föreslagna processen inte kan producera p-kärnorna, användes senare termen p-process ibland för att generellt referera till vilken nukleosyntesprocess som helst som antas vara ansvarig för p-kärnorna.

Ofta förväxlas de två betydelserna. Ny vetenskaplig litteratur föreslår därför att man endast använder termen p-process för själva protoninfångningsprocessen, som det är brukligt med andra nukleosyntesprocesser inom astrofysik.

Protonfångst p-processen

Protonrika nuklider kan produceras genom att sekventiellt lägga till en eller flera protoner till en atomkärna . En sådan kärnreaktion av typen (p,γ) kallas protonfångningsreaktion . Genom att lägga till en proton till en kärna ändras grundämnet eftersom det kemiska elementet definieras av protonnumret i en kärna. Samtidigt förändras förhållandet mellan protoner och neutroner , vilket resulterar i en mer neutronbrist isotop av nästa element. Detta ledde till den ursprungliga idén för produktionen av p-kärnor: fria protoner (kärnorna av väteatomer finns i stjärnplasma ) bör fångas upp på tunga kärnor ( frökärnor ) som också redan finns i stjärnplasman (som tidigare producerats i s -process och/eller r -process ).

Sådana protonfångningar på stabila nuklider (eller nästan stabila) är dock inte särskilt effektiva för att producera p-kärnor, särskilt de tyngre, eftersom den elektriska laddningen ökar med varje tillsatt proton, vilket leder till en ökad repulsion av nästa proton som ska tillade, enligt Coulombs lag . I samband med kärnreaktioner kallas detta en Coulomb-barriär . Ju högre Coulomb-barriären är, desto mer kinetisk energi kräver en proton för att komma nära en kärna och fångas av den. Den genomsnittliga energin för de tillgängliga protonerna ges av temperaturen på stjärnplasman. Även om denna temperatur skulle kunna höjas godtyckligt (vilket inte är fallet i stjärnmiljöer), skulle protoner avlägsnas snabbare från en kärna genom fotodisintegration än de skulle kunna fångas vid hög temperatur. Ett möjligt alternativ skulle vara att ha ett mycket stort antal protoner tillgängliga för att öka det effektiva antalet protonfångningar per sekund utan att behöva höja temperaturen för mycket. Sådana förhållanden finns dock inte i kärnkollapssupernovor som skulle vara platsen för p-processen.

Protonfångst vid extremt höga protondensiteter kallas snabba protonfångstprocesser . De skiljer sig från p-processen inte bara genom den höga protondensiteten som krävs utan också genom att mycket kortlivade radionuklider är inblandade och reaktionsvägen ligger nära protondropplinjen . Snabba protonfångstprocesser är rp-processen , νp-processen och pn-processen .

Historia

Termen p-process föreslogs ursprungligen i den berömda B ² FH-artikeln 1957. Författarna antog att denna process var ensam ansvarig för p-kärnorna och föreslog att den förekommer i väteskalet (se även stjärnutveckling ) av en stjärna exploderar som en typ II supernova . Det visades senare att de erforderliga förhållandena inte finns i sådana supernovor.

Samtidigt som B ² FH insåg Alastair Cameron självständigt nödvändigheten av att lägga till ytterligare en nukleosyntesprocess till neutroninfångningsnukleosyntesen men nämnde helt enkelt protonfångningar utan att tilldela processen ett speciellt namn. Han funderade också på alternativ, till exempel fotodisintegration (som kallas γ-processen idag) eller en kombination av p-process och fotodisintegration.

Se även

• p-kärnor
• Nukleosyntes
• rp-process