Nukleosüntees

Nukleosüntees on tuumareaktsioon, mille puhul luuakse aatomituumasid olemasolevatest nukleonidest. Algne nukleosüntees (mida nimetatakse ka tuumageneesiks) toimus vahetult peale Suurt Pauku kui kvark-gluuonplasma jahtus alla kümne miljoni kelvini ja moodustusid esimesed nukleonid. Mõni minut pärast suure paugu toimumist algas prootonite ja neutronite liitumine kergeteks aatomituumadeks (põhiliselt liitium-7 ja berüllium-7). Edasine nukleosüntees toimub juba tähtedes kas tuumasünteesi või tuumafissiooni kaudu ning kosmilise kiirguse tõttu.

Suure Paugu nukleosüntees

Suure Paugu nukleosüntees toimus universumi eluea esimese viie minuti jooksul. Peale kvark-gluuonplasma jahtumist temperatuurini, kus tugev vastasmõju ületas kvarkide ja gluuonite soojusliikumise kineetilise energia, tekkisid prootonid ja neutronid, mis hakkasid omakorda ühinema aatomituumadeks. Esimese kolme minuti jooksul tekkis enamik praegu universumis leiduvast vesinik-1-st ehk prootiumist, vesinik-2-st ehk deuteeriumist, heelium-3-st ja heelium-4-st. Pärast teist minutit algas ka veidi raskemate tuumade (liitium-7 ja berüllium-7) süntees. Raskemate tuumade sünteesini Suur Pauk siiski ei jõudnud, kuna universumi kiire paisumise ja jahtumise tõttu ei jätkunud enam nukleosünteesiks vajalikku energiat.

Nukleosüntees tähtedes
Nukleosüntees tähtedes toimub nende evolutsiooni käigus ja toodab tuumasünteesi teel keemilisi elemente süsinikust kaltsiumini. Tähed on suured "tuumaahjud", milles vesiniku ja heeliumi tuumad liidetakse raskemateks tuumadeks prooton-prooton-ahela (põhiline protsess Päikesest jahedamates tähtedes) ja CNO tsükli (põhiline protsess päikesest kuumemates tähtedes) kaudu.

Eriti oluline on süsiniku süntees, kuna selle loomine heeliumist on kogu protsessi pudelikaelaks. Süsinikku toodetakse tähtedes läbi kolmikalfa protsessi, milles kaks heeliumi tuuma ühinevad berülliumi tuumaks, mis omakorda ühinedes veel ühe heeliumi tuumaga, muutub süsiniku tuumaks. Süsinik on tähtedes ka põhiliseks vabade neutronite allikaks, mille tulemusena on võimalik s-protsess (aeglaste neutronite neelamine rauast raskemate tuumade loomiseks).

Tähtede tuumasünteesi saaduse paisatakse universumisse laiali vananevate tähtede väliskihi eemaleheitmisel või kantakse laiali päikesetuulega.

Plahvatuslik tuumasüntees
Plahvatuslik tuumasüntees toimub näiteks supernoova plahvatusel ja toodab lühiajalise (mõned sekundid), kuid intensiivse tuumareaktsioonide purskega rauast raskemaid elemente. Sellises plahvatuses sünteesitakse kiire fusiooni teel elemente, mis asuvad räni ja nikli vahel. Samuti võivad toimuda protsessid nagu r-protsess, milles plahvatuses tekkinud vabade neutronite kiire neelamise tulemusena tekivad neutronrikaste raskete elementide tuumad. Need protsessid on loonud meie looduslikult eksisteerivad radioaktiivsed elemendid (näiteks uraani ja tooriumi).

On olemas ka rp-protsess, milles toimub kiire vabade prootonite neelamine koos neutronitega, kuid selle protsessi roll tuumasünteesi juures on veel ebaselge.

Välislingid
 Teadus 3 minutiga: uue ajastu energiaallikaks saab tuumasünteesireaktor 

Tuumafüüsika
Astrofüüsika