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元素起源主要研究宇宙空间各种元素（核素）形成的条件.过程及其发生地点的学科。元素起源的研究与核物理、天体物理和天体演化等学科密切相关。

中文名

元素起源

正文

空间化学的一个分支

用途

主要研究宇宙空间各种元素

起源

起源是宇宙物质的形成

基本信息

空间化学的一个分支。主要研究宇宙空间各种元素（核素）形成的条件、过程及其发生地点的学科。元素起源的研究与核物理、天体物理和天体演化等学科密切相关。

研究简史元素起源是宇宙物质的形成和演化问题的一个组成部分。元素起源理论是在元素宇宙丰度的测定、现代核结构理论和宇宙起源理论的基础上逐步完善起来的。

1889年克拉克(F.W.Cl╠rke)提出元素起源于原始的“不可分原质”的近代设想。1949年,伽莫夫(G.Gamow)等提出了宇宙起源的大爆炸模型。设想物质源于中子，通过早期致密宇宙的中子结合过程建造宇宙的所有元素，但是由于不存在质量数为5和8的稳定核素，使得过程不能跨越这两个质量间隙合成重于He和Li的核素。

另一个设想是通过恒星核反应过程建造宇宙元素。1939年贝特(H.A. Bethe)等建立了恒星氢燃烧合成氦的理论。1946年霍伊尔(F. Hoyle)的工作开创了恒星核反应逐步合成重元素研究的现代历史。霍伊尔等(1956)和卡梅伦(A.G.W.Gameron,1957)分别描述了建造宇宙元素所需的核过程。1957年伯比奇(M.Burbidge)、伯比奇(G.Burbidge)、福勒(W.A. Fowler)和霍伊尔的论文《恒星中元素合成》综合了这方面的研究成果，计算了各种核素合成过程,初步解释了元素宇宙丰度的基本特征,奠定了元素起源现代理论的基础。以后阿内特(W.D.Arnett)、克莱顿(D.D.Clayton)和特鲁兰(J. Truran)等又发展了爆炸核素合成理论。为了解释宇宙的Li、Be和B的丰度，雷韦斯(H.Reeves)等于1970年提出了银河宇宙线与星际物质相互作用生成轻元素的假说。

其他信息

核素的合成过程宇宙中的元素通过宇宙核素合成、恒星核素合成以及银河宇宙线与星际物质相互作用生成。

宇宙核素合成元素起源与宇宙起源密切相关。宇宙大爆炸模型认为，宇宙起源于温度极高和密度极大的原始火球（即奇点），一次大爆炸使得宇宙不断膨胀，辐射温度和物质密度不断降低，这个膨胀过程仍在继续。当温度降低到某一温度时，中子开始失去自由存在的条件，发生衰变或与质子结合，按下面反应生成H、D、He、He和少量Li：

s过程在A=209处，由于Pb发生衰变而截止。过程持续的时间约为10年。

⑦r过程以Fe为起始物质，通过连续快中子俘获反应生成富中子核素的核过程。质量数 A>209的全部核素都是由r过程合成的。r过程由于生成的重核发生裂变而截止,一般认为截止点在质量数A为260附近（见图）。r过程在超新星爆炸时产生，持续时间为数秒钟。反应所需的大量中子由超新星爆炸提供。 ⑧p过程超新星激波通过其外层富氢气圈时，以s过程和r过程核素为起始核,通过（p,γ）反应或(γ,n)反应生成富质子核素的核过程。生成较轻的富质子核素(A<150)以(p,γ)反应为主，生成较重的富质子核素(A>150)以(γ,n)反应为主。过程发生的温度约10K。

Li、Be和B核素的合成在温度约10K下，Li、 Be和B可被恒星中发生的(p，γ)或(p,α)反应销毁。在氦燃烧阶段,He通过三α反应跨越Li、Be和B元素直接生成C和O，因此恒星内的核过程不能生成Li、Be和B。

宇宙的Li、Be、B和B核素由银河宇宙线的高能粒子(10～10电子伏)与星际物质（主要为C、 N和O）的相互作用生成。这个核过程在历史上曾称为x过程,它是一个高能吸热核反应。这个过程分两步进行：①高能粒子（质子和α粒子）轰击星际物质,穿入靶原子核中与核内的数个核子碰撞，这些核子又与核内的更多核子碰撞，产生级联反应，其中一些核子在碰撞过程中获得足够的能量与入射粒子一起离开靶核。②处于高激发态的残留核通过发射数个核子释放剩余能量，这个阶段称为破裂阶段。整个过程叫做核散裂反应。银河宇宙线中的低能粒子与星际物质的核反应可以生成Li。另外,在宇宙大爆炸中，在新星和超新星爆炸时，以及红巨星中的核过程也可生成一部分Li。

核素合成的发生区域不同的核素合成过程发生在不同的区域中。宇宙核素合成发生于高温、致密的早期宇宙中，散裂核反应生成轻元素发生于星际介质中，其他的核素合成过程发生于恒星中。

恒星核素合成过程与恒星演化阶段是相互对应的。氢燃烧发生于主序恒星中，它是恒星能量的主要来源。红巨星内部发生氦燃烧,表面是s过程的发生区域。爆炸碳、氧和硅燃烧、e过程、r过程和 p过程发生在恒星演化末期。

超新星是爆炸核素合成的主要区域。它具有层状结构，各层物质是各静态核燃烧过程的产物。新星是爆炸核素合成C、N、O和F的区域。

恒星由弥漫的星际介质凝聚而成，在其生命的后期又通过爆炸把核素合成产物抛向星际空间，返回星际介质。由此新的恒星又从星际介质中诞生。恒星的寿命与其质量相关，质量越大,演化越快,寿命越短。太阳（年龄约为46亿年）和质量比太阳大的恒星，寿命比银河系年龄（约 120亿年）短得多。表明银河系元素分布特征是若干代恒星核素合成产物的综合结果。太阳系的元素分布特征，反映了太阳系形成之前活跃在银河系中的各种核素合成过程产物的累计平均状况。