元素の合成
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【水素・ヘリウム】 現在、１１０個あまりの元素が知られていますが、それらは、どのようにして誕生したのでしょうか？ ビッグバン理論によると、 まず、素粒子の１つであるクォークが結合して、陽子や中性子といったバリオンが生成します。 陽子は、そのまま「水素」です（ここでは、電子を除き、原子核の構成要素のみを取り上げています）。 次に、陽子と中性子が結合すると「重水素（Ｄ）」が生成され、 生成した重水素に中性子がもう１つ取り込まれると「トリチウム（Ｔ）」が生成されます。  トリチウムは、２つの重水素が反応することによっても、生成されます。 ヘリウムは原子番号が２です。つまり、陽子の数が１つ増えないといけません。  重水素やトリチウムが陽子と結合することで、ヘリウム３やヘリウム４が生成されます。 【リチウム・ベリリウム・ホウ素・炭素】 ２つのヘリウム４が反応すると、ベリリウム８が生成されます。  生成されたベリリウム８にヘリウム４がもう１つ結合すると、炭素１２が生成されます。 このように、３つのヘリウム４から炭素１２に至る反応を「トリプルアルファ反応」と言います。 この名前は、ヘリウム４が「α線」という放射線で呼ばれることに由来します。 リチウム（原子番号３）やホウ素（原子番号５）は、ベリリウムや炭素が崩壊することにより生成されます。 【窒素・酸素・フッ素・ネオン・ナトリウム・マグネシウム・アルミニウム・ケイ素】 太陽も含め、その３倍以下の質量の恒星は、水素をヘリウムに変換した時点で、燃料切れになり一生を終えます。 太陽の３倍以上８倍以下の質量の恒星は、ヘリウムをさらに燃焼させ、炭素を作ることができます。 このサイズの恒星は、ヘリウムを使いきると一生を終えます。 太陽の８倍以上の質量の恒星は、さらに炭素をも燃料として使用することができます。  もちろん、これらの反応式に登場していない元素（窒素、フッ素、ナトリウム、アルミニウム）は、 先ほどの同様の考えで、生成された元素の崩壊により生成されます。 【リンからニッケルまで】 場合によっては、ケイ素で止まらず、さらに反応が進み、最終的にはニッケルまで至ります。  ニッケル以上の元素は、恒星内の核融合反応では起こりません。 核融合反応では、反応前の２つの原子核の質量の和と反応後の原子核の質量を比較すると、 後者の方が小さくなっており、この質量減少分がエネルギーとなって放出されているのです。 核子１つあたりのエネルギーが最小であるニッケル５６まで至ると、 それ以上質量を小さくすることができないので、核融合反応は、ここでストップします。 【ニッケル以降の元素】 ニッケル以降の元素は核融合反応で作られません。 恒星がその一生を終え、超新星爆発するときのエネルギーを使って、原子番号のより大きな元素がつくられます。 詳しくは、また改めてお話しすることにしましょう！ |
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