От гелия до висмута

Звезды не мертвые тела. Они живут и в своем развитии проходят разные стадии — стадии эволюции, как говорят астрофизики. На первой стадии в ядре звезды протекает термоядерная реакция «сгорания» (превращения) водорода в гелий. Этот процесс тянется миллион лет. Постепенно «запасы» водорода в центре звезды сходят на нет, зато гелия становится все больше и больше. Состав ядра и состав оболочки звезды становятся различными.

И тут звезда изменяет свое спокойное поведение. Ее оболочка начинает расширяться, а ядро, напротив, сжимается. Сжатие повышает температуру, и она достигает в центре звезды 150 млн. К.

Теперь ядра гелия начинают сливаться друг с другом, и включается механизм так называемого а-синтеза. К образующимся ядрам присоединяются новые а-частицы. Сначала три а-частицы сливаются в ядро углерода-12. Дальнейшую цепочку синтеза в терминах ядерной физики можно записать так:

где у означает испускание у-лучей. Мы оборвали эту цепочку на магнии не случайно. Тут а-синтез прекращается, потому что 150 млн. К не хватает для образования последующих элементов.

Но ведь до технеция а-синтез так и не дошел. У магния порядковый номер 12, у технеция—43. Разница между ними равна 31. Еще 31 элемент каким-то путем должен был образоваться, чтобы технеций мог салютовать земным ученым с далеких звездных миров...

Быть может, звезда за счет чего-то получает дополнительный подогрев? Однако за счет чего именно? Ведь теперь речь идет о температурах уже в миллиарды Кельвинов. Только в этом случае образование элементов может шагнуть за магний. Где найти такое громадное количество тепла — совершенно неясно.

Хотя альфа-бета-гамма-теория лопнула как мыльный пузырь, от нее осталась вполне материальная «капля». В этой «капле» сосредоточилось то единственно ценное, что было в злополучной теории: синтез химических элементов проходит с участием нейтронов.

Нейтрон, как мы знаем, — всемогущее орудие при осуществлении ядерных реакций. Ему безразлично, каковы внешние условия: царит ли сковывающий холод или нестерпимый жар. Он с одинаковым успехом добирается до атомного ядра. Если допустить, что в дело вмешается процесс захвата нейтронов, тогда цепочка синтеза элементов потянется дальше. Для этого нужны свободные нейтроны, много свободных нейтронов. Их источники должна была отыскать изобретательная мысль ученых.

В звездах существуют ядра двух атомов: углерода-13 и неона-21. Они образуются на предыдущих стадиях эволюции звезды. Как именно - вопрос сложный. Мы не будем на нем задерживаться. Примем сам факт. Можно представить себе, что ядро углерода-13 как бы составлено из трех а-частиц плюс один нейтрон. В ядре неона-21 пять а-частиц терпят нежелательное соседство единственного нейтрона. Нежелательное потому, что ядра, состоящие целиком только из а-частиц, очень устойчивые системы (кроме бериллия-8). Нейтрон же в этих ядрах как инородное тело, и они стремятся от него избавиться, поменяв на а-частицу. Словом, происходят ядерные реакции: ¹³С (а, п) ¹⁶О и ²¹Ne (а, n) ²⁴Mg. Для синтеза элементов появляется вполне достаточное количество свободных нейтронов.

Теперь-то и вступает в действие тот механизм, которым пыталась объяснить образование всех элементов альфа-бета-гамма-теория. Начинается процесс медленного захвата нейтронов. Медленного потому, что промежуток времени между двумя последовательными захватами нейтронов велик по сравнению с периодами полураспада образующихся изотопов. Только изотопы с большими периодами полураспада способны к дальнейшим превращениям. Менее долговечные изотопы превращаются в стабильные раньше, чем успеют захватить очередной нейтрон. Так рождаются многие элементы, в том числе и технеций.

Этот механизм синтеза элементов выключается на висмуте (порядковый № 83). Следующие за ним элементы недолговечны. Они распадаются раньше, чем получают возможность захватить нейтрон.

перейти к началу страницы