khổng 16. Bốn ngôi sao nặng nhất và có năng lượng cao nhất trong tinh vân này,
II. CAC QUÁ TRÌNH TONG HỢP HAT NHÂN THUOC SAO
1. Phan ứng tổng hợp hạt nhân bat nơtrôn
Trong nhiều thập kỷ qua. một lượng lớn các công trình đã được cống hiến cho
nghiên cứu về các quá trình bất ngưôn nhanh và chậm của sự tổng hợp hạt nhân
(được biết đến như là quá trình r và s tương ứng). Đây là hai quá trình quan trọng để giải thích cho nguồn gốc của đa số các nguyên tố nang hơn sất được quan sat
trong tư nhiên, Mặc dù cả hai quá trình đều cẩn đến sự bắt nơtôn trên các hạt giếng hạt nhân nhẹ để sản xuất nên các nguyên tố nặng nhưng chúng xảy ra
trong các môi trường hoàn toàn khác nhau và trong các thang thời gian khác nhau.
Sư tổng hợp hat nhân theo quá trình s là do việc sản xuất các notron tương
đổi yếu (được đặc trưng bởi mật đô nơtrôn khoảng N, =10°cm ”) và do sư bất nơtửn của chỳng bởi cỏc hat nhõn đang tồn tại (quan trong nhất là Fe, được giả định là đã được sản xuất trong các thế hệ sao trước) trên một thang thời gian dai
“————c———-————
SOTH: Aguyen “Thị Fugéet Giang Frang 52
Luda van tél tgitiệp GOW: “THAY. Trin Qube Ha
so với thời gian sống của phần rã ƒ (nghĩa là lớn hơn vai nam). Ngước lại, su bat
noirén theo quá trình r được tin là xảy ra trong môi trường có mat đỗ nđưôn cao
(N_ >10”em `) trên thang thời gian khoảng Is. Trong trường hợp này. các quá trình bil ndtrôn nhanh hơn tốc đô của phân rã | và các dòng chảy hạt nhân dan các hat gidng hạt nhân đến vùng rất giàu ndtrôn
1.1 Quá trình bắt nơtrôn chậm (quá trình s):
Mô hình của quá trình s vẫn còn phải đối đấu với nhiều vấn đề. đác biệt là
các vấn để liên quan đến việc chứng nhân vị trí mà ở đó nó có thể phát triển,
hiểu biết của chúng ta về các cơ chế hạt nhân để sản xuất các hat nhân s có thể
được xem như là khá thỏa mãn. ít nhất là so với quá trình r. Mội trong những
nguyên nhân chính của thành công này cốt là nhờ các nỗ lực về thực nghiệm và lý thuyết trong vật lý hạt nhân để xác định càng tin cây càng tốt các đại lương hạt nhân quan trong đối với sự tổng hợp theo quá trình s.
Phan lớa các hat nhân được hình thành thông qua quá trình s đã được nghiên cứu trong phòng thí nghiệm và một số lớn các đặc tính của chúng đã được xác
định trong thực nghiệm. Một số độ sai số rõ ràng là vẫn còn bởi ta không thể tái
tạo lại trong các phòng thí nghiệm thuộc trái đất các điều kiện nhiệt động lực học
đã được tìm thấy trong môi trường thuộc sao và bởi vì các đặc tính chưa thể hiểu
của một số các hạt nhân không bền đối với phân rã Í' mà đã được tạo thành doc theo con đường của quá trình s. Dù là các quan sắt của nguyên tố phóng xa Te trong các lớp vỏ bao thuộc sao chứng minh rằng quá trình s xảy ra trong suốt các pha đốt ở trạng thái cin bằng thủy nh của một ngôi sao. vẫn còn khó khăn để giải thích nguồn gốc của các néng độ nơưôn lớn cẩn để tạo nên các nguyên tố s.
Hiện nay, người ta để nghị hai phản ứng có thể là nguồn nơtrôn . Đó là :
C''+a—>n+0" hay là Ne° +ơ =>n+Mg”
Các phản ứng này chịu trách nhiệm cho việc sản xuất lớn các nơtrôn thông qua các pha đốt cho trước, ching hạn quá trình đốt lôi He của một sao có khối
lượng lớn (M >10M, ) và quá trình đốt lớp He trong suốt sự không ổn định của nhánh tiệm cân sao kénh (được gọi là những xung nhiệt )của các sao có khối lượng thấp và trung bình (M <I0M,.). Dù cho quá trình đốt lõi He đã chứng
minh cho kha nang của nó trong việc sắn xuất các nguyên tố s nhẹ nhất (nghĩa là
7< A < 90), cúc mỗ hình thiên văn vat lý làm cơ sở cho bức tranh xung nhiét
(được tin là chịu trách nhiệm cho sự hình thành các nguyên tổ s có A290) vẫn
còn chưa chắc chấn, đặc biệt là trong sự mô tả các cơ chế có thể là nguồn gốc của việc sản sinh các notrén. Vì lý do đó. các mô hình nay thường được biểu hiện
bằng các thông số nhân tạo để tăng nồng độ ndưôn.
* Cơ chế của quá trình s
|—Ễ———————————
SOTH: Uquyén Thi Fayét Giang Trang F3
Luda oan tất nghiéa GOWD: Th. Trin Qide Ha
®———————
Nhờ các mật đô nơtrôn và các thang thời gian được suy ra cho quá trình s từ
các đỉnh độ phổ cập. chúng ta có thể suy luận ra rằng quá trình s là một quá trình
bắt ndưôn xảy ra trong một hệ thống đang cố gắng đạt đến trang thái cân bằng,
nhưng không dat được mục đích của nó, Các phản ứng chính mang phắn lớn các
hạt nhân tiến đến nhóm sắt có thể giải phóng các nơtrôn. Các hạt giống hạt nhân tổn tại trước đó bất các nơtrôn này và tạo ra các hạt nhân s. Quá trình s rõ rằng là
một quá trình thứ cấp.
Br, tụạ=17 phót, 92 % (ƒ-), 8 % (B")
—.
Hình 3.7: Con đường hình thành các nguyên tố
Trong sự tổng hợp hạt nhân theo quá trình s, sự bất ndưôn xảy ra trong một thời gian dai đáng kể so với thời gian sống của phân rã B và theo con đường này
ta chỉ có thể tổng hợp được đến Bi””. Sự bắt một ndtrôn bởi một đồng vị có điện
tích hạt nhân Z và số khối A được cho bởi phản ứng :
(2A)+n-+(2Z,A+l)+y
Nếu (Z,A+l) là một đồng vị bén và được dat trong một thông lượng nđưôn
thì cuối cùng sẽ bắt một ndưôn và đồng vị (Z,A+2) sẽ được tổng hợp. Ngược lại,
nếu đồng vị (Z,A+1) không bến đối với phân rã B và chỉ được đưa vào một thông lượng nơưụn yếu thỡ nú sẽ trải qua phõn ró ỉ thành đồng vị (Z+1.A+1) trước khi sự bất nơtrôn có thể xảy ra.
(2Z.A+l)-ằ>(2Z+l,A+l)+B' +v
huuận tân tốt nghiệp (02/0: ThdS. “Trấn Qube Ha
e5.
Nếu các vị trí củu các đồng vị được vẽ trên vùng Z theo N=A-Z thì con
đường quá trình s thông qua ving này từ các đồng vị nhẹ hơn đến các đồng vị nang hơn sé được xác định duy nhất cho hau hết các nguyên tố như giản dé trên
Phan lớn các đồng vị dọc theo con đường của quá trình s trong vùng (Z.N) có thể được tổng hợp bởi quá trình tổng hợp hạt nhân theo quá trình r cũng như quá trình s. Tuy nhiên, một số đồng vị dọc theo con đường của quá trình s trong ving (Z.N) chỉ có thé được tổng hợp trong những điều kiên vật lý của thông lượng
nưtrôn thấp.
Với một độ chính xác cao, các tiết điện nưưõn tỷ lê nghịch với vận tốc
nưtrôn = điểu này đúng trong suốt khoảng vận tốc có liên quan đến hai quá trình.
Do vay tích ov được xem như là hằng số và đối với các hạt nhân nặng nó vào cỡ
1.10” n'y) Đối với một mật đô ndưôn nm ` | hạt nhân như vậy sẽ bất | ndưôn
trong thời gian cho bởi :
(= ite 3.107(1/n) s =10`(1/n) năm.
nov
Như vậy với mật độ notrén là 10"! av? thì thời gian đặc trưng là 10° năm.
Giá sứ rằng một quá trình | đang xảy ra với một mật độ notrdn là n thì tốc độ
tạo thành hạt nhân A được cho bởi
A
dt = n(t).Ơ[-6,.N, +ứ„.,N,..]
Trong đó:
Na. Na.) : mật độ số lượng hạt nhân của đồng vị bến có số khối lần lượt là
A, A+l theo con đường s,
a(t) : mật đô số lượng ndưôn (là một hàm theo thời gian)
¥ : vận tốc trung bình của một aơtrôn
ứ,.ơ,.. : tiết diện phan ứng bất nơưụn của cỏc đồng vị A, A-l tương ứng.A*“A-l
Từ định nghĩa một thời gian phơi sáng nơưôn là t với dr=Ÿn(Q) dt chúng
la được:
=, =6,.,N,,-0,Ndt "N, A
Do vậy quia trình này được mô tả bởi một lương lớn các quá trình khác nhau
được liên kết cùng nhau như cách đã biểu thị. Giá trị N, tại bất kỳ thời điểm nào vũng tác đông đến tốc đô tao thành các nguyên tố lân cận nhau. Để sử dụng các
phương trình này để tính đô phổ cập. đòi hỏi cắn phải có mot số các điểu kiện biên. Điều kiện biên thường được lấy là cho các hạt nhân thuộc nhóm Fe và bởi
Se
SOTH: Aguyén Thi Fuyet Giang Frang 55
Luin tuần tốt nghi¢p GOW: ThS. Trin Quốc Ha
——
Vi trong đô phổ cập mật trời chúng ta tìm thấy: (*Fe)=0.INC*Fe) nên nguyễn
liêu ban đầu thường được dùng là “Fe.
Cũng có một giới han tư nhiên đối với chuối theo quá trình s vì ° “Bị là nguyên tố bến có số khối lớn nhất. Bắt notrén bởi “Bi dẫn đến một nguyên tố
sé phân rã bởi sự phát xa hạt œ thành **Pb. Do vậy, chuỗi các phương trình sẽ
là:
UN _ -ỉ..Ndt pis? "es
với điểu kiên ban đấu N,(0)=N(0) tai A = 56 và =0 với các giá trị khác của A
=g„„Nu +O
Từ phan chính của phương trình rõ ràng rằng:
= <0 nếu ứ,N,>ơ, iN, :dN
tT
2. 50 nếu ứ.N,<ứ,.N,.
dt
Do vậy hệ thống này sẽ tự giảm đều dan N, nếu nó cao và tăng N, nếu nó tiến tương đối châm đến cân bằng.
oN, ~G,.,N,., nghĩa là adN
Phương trình trên hàm ý rằng các giá tri ON của các đồng vị tinh khiết từ quá trình s của cùng nguyên tố sẽ gan như bằng nhau. Bộ các đồng vị
(Ba “Ba! ®), (Te'°,Te!?”,Te'*) và (Sm'“,Sm””,Sm'”) là những ví dụ về các
đồng vị tính khiết từ quá trình s của cùng một nguyên tố. Các giá trị thực nghiệm
đang tổn tại của các tiết điện bắt nơtrôn và độ phổ cập chỉ ra rằng các giá trị ơ,N, của các đồng vị trong một bộ ở trên gần như bằng nhau. Đối với các ding vị tình khiết từ quá trình s, tích oN, thay đổi chậm như một hàm theo A ngoại
trừ gin các lớp vỏ gắn hat nhân nơi mà các tiết diện bắt ndưôn thay đổi đột
Igoit
Su cân bằng này được gọi là phép gắn đúng cục bộ bởi vì người ta không hy vong nó làm việc nơi có tiết điện đặc biệt thấp — ví dụ trong vùng số notrén
magic N = 50, 82, 126. Quá trình s áp dat các đắc điểm nào đó lên phổ của đô
phổ cập các nguyên tố năng. Đối với môi số sổ notron như N = 28,50,82,126 các
——- “—__—ễễễễễễ
SOTH: (quyên Thi “Tuuết Giang “van, 56
Luda via tốt nghiệp GOWD: “7luý. Trin Qube Wa
Eee
tiết điện của phan ứng bất nưướn nhỏ hơn nhiều so với các số nưướn kế cắn Điều này có nghĩa là một khi đạt đến số magic thì có vẻ như các hạt nhân sé khó bất thêm các nơtrôn hơn nữa. Các số này là một hiệu ứng lượng tử của các lớp vỏ đóng kín cũng hoàn toàn giống như cách mà các lớp electron đóng kín làm nên do bên vững hóa học cao - các khí trợ. Nếu quá trình s hoạt đông trong môt số
mdi trường trong một thời gian giới hạn nào đó và rồi dừng thì chúng ta mong doi
mot số khá lớn các hạt nhân bi “tấc ” tai các số magic nay, Các nguyên tổ tương ting với các số ngưôn magic này do đó sé đặc biệt nhiều, Chúng ta thấy các