звездный нуклеосинтез - источник происхождения химических элементов

ФИЗИКА ЗВЕЗДНЫЙ НУКЛЕОСИНТЕЗ – ИСТОЧНИК ПРОИСХОЖДЕНИЯ ХИМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ В. Н. РЫЖОВ Саратовский государственный технический университет ВВЕДЕНИЕ STAR NUCLEAR SYNTHESIS AS THE SOURCE OF THE ORIGIN OF THE CHEMICAL ELEMENTS V. N. RYZHOV The modern condition of one of the fundamental and sufficiently complex scientific problem – the origin of the chemical elements is reviewed. The possible astrophysical processes of the nucleus synthesis in nature are discussed, some ambiguities and difficulties in solving of these problems are outlined. © Рыжов В.Н., 2000 Рассмотрено современное состояние одной из фундаментальных и достаточно сложных проблем науки – происхождение химических элементов. Обсуждены астрофизические процессы синтеза атомных ядер, обнаруживаемых в природе, отмечены некоторые неопределенности и трудности в решении этой проблемы. www.issep.rssi.ru Проблема происхождения атомов возникла при установлении природы источника энергии Солнца и звезд и при разработке теории Большого Взрыва Вселенной. Проблема источника энергии на Солнце была решена в конце 30-х годов XX века Х. Бете и К. Вейцзекером. На основе расчетов они пришли к выводу, что механизм генерации энергии на Солнце и в других звездах связан с образованием ядер гелия из четырех протонов: р–р-цикл и CNO-цикл (Кочаров Г.Е. // СОЖ. 1996. № 10. С. 99–105). Однако расчеты показали, что в недрах звезд за время существования Вселенной может образоваться относительно мало гелия (∼ 2%) по сравнению с наблюдаемой его распространенностью (∼ 25%). Спустя примерно десятилетие после публикации работ Х. Бете и К. Вейцзекера, Г.А. Гамовым была разработана теория Большого Взрыва Вселенной (Васильев А.Н. // СОЖ. 1996. № 2. С. 82–88). Согласно этой теории, Вселенная прошла эру нуклеосинтеза в самый начальный момент, когда образовались протоны и нейтроны и вслед за ними изотопы водорода, гелия и лития. Предпринятая Г. Гамовым попытка развить космологическую идею образования всех атомов на раннем этапе расширения Вселенной (α, β, γ-теория) путем последовательного присоединения нейтронов и последующими β−-распадами не увенчалась успехом вследствие возникшей проблемы “провала масс” – отсутствия в природе ядер с массовыми числами 5 и 8: как было ус5 5 8 тановлено, ядра 2He, 3Li и 4Be очень неустойчивые и быстро распадаются. В тот же период Э. Салпетер показал, что при условиях, характерных для недр звезд, наряду с горением водорода (р–р- и CNO-циклы) возможно горение гелия с образованием углерода. Так возникли первые основные представления ядерного синтеза, большой вклад в развитие которых кроме названных выше ученых внесли У. Фаулер, Ф. Хойл, Дж. и М. Бербиджи, А. Камерон. Согласно современным научным представлениям, практически все химические элементы образовались и Р Ы Ж О В В . Н . З В Е З Д Н Ы Й Н У К Л Е О С И Н Т Е З – И С ТО Ч Н И К П Р О И С Х О Ж Д Е Н И Я Х И М И Ч Е С К И Х Э Л Е М Е Н ТО В 81 ФИЗИКА образуются в результате процессов, происходящих в звездах, что приводит к эволюционным изменениям состояния звезд. Поэтому проблема образования нуклидов тесно связана также и с вопросами эволюции звезд. РАСПРОСТРАНЕННОСТЬ АТОМОВ И НУКЛИДОВ На основе данных о распространенности химических элементов в природе ученые пришли к выводу, что наиболее вероятным источником образования большинства ядер являются последовательности дискретных ядерных процессов, протекающих в недрах звезд, то есть отдельных групп ядерных реакций. Поэтому весьма важно в первую очередь рассмотреть некоторые данные о содержании изотопов атомов и нуклидов в Солнечной системе, звездах и газовых туманностях. Для Земли, метеоритов и Луны содержание элементов определяется непосредственно, хотя и для этих объектов имеются определенные ограничения и трудности. Метеориты, летящие через атмосферу Земли, теряют часть своего вещества, поэтому элементный анализ