[科普中国]-碳闪

核聚变反应

主要的反应如下：2

反应产物通过考虑两个相互作用的碳原子一起形成Mg-24核的激发态，可以理解这一反应序列，然后以上述五种方式之一衰变。前两个反应是强放热的，如释放出的大的正能量所表明的，并且是相互作用最常见的结果。第三个反应是强烈的吸热，如大的负能量所示，表明能量被吸收而不是排放。这使得它在碳燃烧的高能环境中不太可能，但仍然可能发生。3但是这种反应产生的几个中子很重要，因为这些中子可以与大多数恒星中存在的重核结合，在s过程中形成更重的同位素。4

可能预期第四个反应是从其大量能量释放中最常见的，但实际上它是很罕见的，因为它通过电磁相互作用进行3，因为它产生伽马射线的光子，而不是与前两个反应一样利用核之间的强力。核子看起来比他们对这种能量的光子大得多。然而，当这种反应中产生的Mg-24是碳燃烧过程结束时留下的唯一的镁，因为Mg-23是放射性的。

最后一个反应也是不太可能的，因为它涉及三个反应产物。3

由第二反应产生的质子可以参与质子 - 质子链反应或CNO循环，但也可以被Na-23捕获以形成Ne-20加上He-4核。3事实上，第二反应产生的Na-23的很大一部分用尽了这种方式。在9和11个太阳质量之间的恒星中，在恒星进化的前一阶段已经通过氦气聚变产生的氧（O-16）能够很好地在碳燃烧过程中生存，尽管其中一些被用来捕获He- 4核。5因此，碳燃烧的最终结果是主要是氧，氖，钠和镁的混合物。6

两个碳原子的质量能量之和与镁核的激发态相似的事实被称为“共振”。没有这种共振，碳燃烧只会发生在高出一百倍的温度。这种共振的实验和理论研究仍然是研究的课题。类似的共振增加了三重α过程的可能性，这是造成碳原始生产的原因。7

恒星演化在氦进行聚变过程中，恒星建立了富含碳和氧的惰性核心。惰性中心最终达到足够的质量，由于引力而塌缩，而氦燃烧逐渐向外移动。惰性中心体积的这种降低将温度升高到碳点燃温度。这将提高核心周围的温度，并使氦气在核心周围的壳体内燃烧。8在这外面是另一个燃烧氢的壳。所产生的碳燃烧从核心提供能量以恢复星的力学平衡。但是，平衡只是短暂的;在25个太阳质量的星星中，这个过程将在600年内消耗核心中的大部分碳。这个过程的持续时间根据星的质量而有很大差异。9

低于8-9的太阳质量的恒星不能达到足够高的核心温度来燃烧碳，而是在氦闪后，以碳 - 氧白矮星结束生命，轻轻地抛出行星状星云的外壳。10

在具有8到11个太阳质量的恒星中，碳氧核心处于退化条件下，碳燃烧发生在碳闪中，持续时间只有几毫秒，并破坏恒星核心。在这种核燃烧的后期阶段，它们发展出巨大的恒星风，其迅速地将行星状星云的外部抛出，留下约1.1个太阳质量的O-Ne-Na-Mg白矮星核心。核心永远不会达到足够高的温度，以进一步融化燃烧比碳更重的元素。8

超过11个太阳质量的恒星在非退化的核心中开始碳燃烧11，一旦惰性（O，Ne，Na，Mg）核的收缩使温度充分升高，碳耗尽后进行氖气燃烧过程。11