Ydinsynteesi

Ydinsynteesi eli nukleosynteesi on tapahtuma, jossa uusi atomiydin muodostuu olemassa olevista vapaista nukleoneista eli protoneista ja neutroneista. Ensimmäiset nukleonit syntyivät alkuräjähdyksessä gluonien avulla, kun maailmankaikkeuden lämpötila oli laskenut alle kymmenen miljoonan celsiusasteen lämpötilaan. Suurin osa nukleosynteeseistä tapahtuu tähdissä, jotka ovat tuottaneet ja tuottavat edelleen kaikki heliumia raskaammat alkuaineet.

Alkuräjähdyksen ydinsynteesi

Alkuräjähdyksen ensimmäisinä kolmena minuuttina syntyivät nukleosynteesillä maailmankaikkeuden kevyiden alkuaineiden varastot, vety, helium sekä jonkin verran deuteriumia ja litiumia. Näistä alkuaineista deuterium ja litium tuhoutuvat tähdissä, joten niiden määrä vähenee maailmankaikkeuden ikääntyessä. Vaikka alkuräjähdyksessä syntyi vain muutamia alkuaineita, on alkuräjähdyksen synnyttämien alkuaineiden kokonaismäärä maailmankaikkeuden atomeista nykytiedolla 98–99 prosenttia.

Tähtien ydinsynteesi

Tähtien energiaa vapauttavissa nukleosynteeseissä syntyy suurin osa muista alkuaineista. Tähdet, joiden massa on yli 0,08 auringon massaa, pystyvät kehittämään vedyn polttamiseksi vaadittavan kymmenen miljoonan kelvinin lämpötilan. Polttaakseen heliumia tähti tarvitsee massaa jo 0,25 auringon verran, jolloin lämpötila voi kymmenkertaistua ja laukaista heliumfuusion. Mitä pidemmälle alkuaineiden jaksollisessa järjestelmässä mennään, sitä suurempi on oltava tähden massa, kunnes lopulta tulee rauta, alkuaine jolla on korkein sidosenergia hiukkasta kohden ja johon fuusioreaktio pysähtyy. Rautaan fuusioitumista varten tähden tulee olla massaltaan suurempi kuin 8 aurinkoa.

Neutronisieppaus
Luonnossa esiintyy myös rautaa raskaampia alkuaineita, joita syntyy niin ikään tähdissä. Näissä tapauksissa kyseessä ei kuitenkaan ole enää raudan fuusioituminen, vaan energiaa kuluttava hidas- tai nopea neutronisieppaus (myös s-prosessi ja r-prosessi engl. sanoista slow ja rapid). Prosessissa vahva ydinvoima sieppaa irtoneutroneja ja kasvattaa atomin kokoa. Usein heikko ydinvoima hajottaa näin kasvatetusta atomiytimestä yhden neutronin protoniksi ja elektroniksi. Tätä prosessia kutsutaan myös beetahajoamiseksi. Neutronin muuntuminen protoniksi sitoutuneissa ytimissä mahdollistaa raskaampien alkuaineiden synnyn lisäämällä ytimen stabiiliutta ja kasvattamalla atomin järjestyslukua. Prosessien tehoeroja voidaan verrata atomipainoltaan lähes identtisten platinan (atomipaino 195) ja lyijyn (atomipaino 207) avulla. Mikäli prosessit olisivat yhtä tehokkaita, platina olisi maailmankaikkeudessa yleisempää kuin lyijy. Kuitenkin platinaa syntyy ainoastaan r-prosessissa, eli prosessissa, joka käynnistyy vain tähden luhistumisen hetkellä. Lyijyä taas syntyy s-prosessissa, joka on hitaampi, mutta joka kokonaisuudessaan pystyy tuottamaan enemmän ytimiä kuin r-prosessi.
Uusimpien tietojen mukaan alkuaineita tinasta eteenpäin tuottavat muut reaktiot kuin neutronisieppaukset.

Katso myös
 Alkuaine
 Jaksollinen järjestelmä
 Kosmologia
 Maailmankaikkeus
 Alkuräjähdys

Lähteet

Aiheesta muualla

 Avaruuden plutoniumille löytyi selitys

Astrofysiikka
Ydinfysiikka