p过程

天体物理学术语

中子俘获过程的产物通过俘获质子放出伽马光子或吸收伽马光子释放中子的反应生成丰质子原子核的过程叫做p过程。

简介

在质量数为70～200的范围内,有许多丰质子核素是寿命很长的,但由于它们的同位素中有质子数较低的稳定核素存在,所以它们不可能是由中子俘获（s过程或r过程）产生的。研究证明,这些丰质子核素是通过质子过程（p过程）形成的。p过程有两种生产机制：一种是光核反应,主要为（γ,n）反应；另一种是质子俘获过程,以（p,γ）和（p,n）为主。p过程产生的核的主要特征是丰度低,但反应截面很高,其平均丰度仅为s过程或r过程核丰度的1%左右,这是因为它们是以s过程或r过程的核作为种子核的缘故。理论计算表明,质子俘获反应的温度应为(10～20)×10^8开,质子密度100克/厘立方厘米,且预先要有重核存在。因此,质子俘获反应只能在超新星阶段发生。

说明

低丰度的富质子原子核，如Mo、Sn、Sn、Sm（钼、锡、钐的同位素）等，不能由s过程或r过程形成。它们可以从中子俘获过程的产物出发，再通过俘获质子放出γ光子的反应(p,γ),或者通过吸收γ光子放出中子的反应(γ,n)而生成。这两种过程统称为p过程。p过程可能发生在温度T≥10K、密度ρ＜10克/厘米的超新星的壳层中。

历史背景

当P-过程在著名的BFH paper在1957年被提出时，这个过程的物理性质还未被了解。作者相信多数比铁重的原子，一般都是由S-过程和R-过程创造的富含中子原子，这两种机制都是经由中子捕获创造富含中子原子的主要过程。然而，也观察到一些不可能由S-过程或R-过程创造的富含质子的原子核，像是 Pt或Yb。这种简单的观测建议必定有一种创造出富含质子的重原子核的主要过程，因此单纯的建议这种过程为质子过程或简写为P-过程。有趣且值得注意的是，实际上这个过程被了解与建议的名称－质子捕获－无关。因为命名原则在历史上的错误指引，Rp-过程会被误解为就是P-过程。

原理

如果考虑一个稳定的原子核，有两种方法可以增加质子对中子的比率—可以加入质子或是减少中子。Rp-过程是增加质子，P-过程是经由光致蜕变的机制发生的，这时一个γ-射线或是精力充沛的光子会将粒子从原子核内敲出，这也是为何P-过程有时会被称为γ-过程的原因。通过对核种图的审查，可以看出从氢到钙（1＜ A ＜ 40），稳定的原子核内质子和中子的数目大致是相等的。然而，更重的稳定原子核内，因为库仑斥力的缘故，中子会比质子多一个或更多。对原子序超过100的原子核（A＞100），P-过程在核合成的过程负责移除中子或等量的质子，使中子的数量增加以使产生的原子核能够稳定。有两个主要的核反应来完成这项工作，中子-光致蜕变和α粒子- 光致蜕变，分别书写为（γ,n）和（γ,α）来表示。

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