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.
|