R-süreci

Nükleer astrofizikte, hızlı nötron yakalama süreci, aynı zamanda r-süreci olarak da bilinir, demirden daha ağır atom çekirdeklerinin yaklaşık yarısının yaratılmasından sorumlu olan bir dizi nükleer reaksiyondur; diğer yarısı p-süreci ve s-süreci tarafından üretilen "ağır elementler"dir. R-süreci genellikle her ağır elementin nötron açısından en zengin kararlı izotoplarını sentezler. R süreci tipik olarak her ağır elementin en ağır dört izotopunu sentezleyebilir ve yalnızca r çekirdeği olarak adlandırılan en ağır iki izotop, yalnızca r işlemi aracılığıyla oluşturulabilir. R-süreci için bolluk zirveleri, kütle numaraları A = 82 (Se, Br ve Kr elementleri), A = 130 (Te, I ve Xe elementleri) ve A = 196 (Os, Ir ve Pt elementleri) yakınında meydana gelir.

R-süreci, tipik olarak ⁵⁶Fe'de merkezlenmiş bolluk zirvesindeki çekirdeklerle başlayan bir veya daha fazla ağır çekirdeği tarafından hızlı nötron yakalamaları dizisini gerektirir. Yakalamalar, başka bir nötron yakalanmak üzere gelmeden önce, çekirdeklerin radyoaktif bozunmaya (tipik olarak β⁻ bozunma yoluyla) uğraması için zamana sahip olmaması anlamında hızlı olmalıdır. Bu sekans, kısa menzilli nükleer kuvvet tarafından yönetilen nötronları fiziksel olarak tutmak için nötron bakımından giderek daha zengin çekirdeklerin (nötron damlama çizgisi) stabilite sınırına kadar devam edebilir. Bu nedenle r süreci, yüksek yoğunlukta serbest nötronların bulunduğu yerlerde gerçekleşmelidir. İlk çalışmalar, daha fazla nötronun yakalanamadığı bekleme noktalarını, r-işlemi çekirdeklerinin bolluk zirvelerinin atomik sayılarıyla eşleştirmek için 1 GK civarındaki sıcaklıklar için cm³ başına 1024 serbest nötronun gerekli olacağını teorik olarak ortaya koydu. Bu, her santimetreküpte neredeyse bir gram serbest nötron anlamına gelir; bu, aşırı konumlar gerektiren şaşırtıcı bir sayıdır. Geleneksel olarak bu, süpernova nükleosentezinin bir parçası olarak, bir çekirdek çökme süpernovasının yeniden genişletilmiş çekirdeğinden çıkan malzemenin, veya bir ikili nötron yıldızı birleşmesiyle fırlatılan nötron yıldızı maddesinin dekompresyonu ile ortaya cıkar. Bu kaynakların r-süreci elementlerinin astrofiziksel bolluğuna göreceli katkıları, devam eden bir araştırma meselesidir.

Sınırlı bir r-süreci benzeri nötron yakalama serisi, termonükleer silah patlamalarında küçük bir ölçüde meydana gelir. Bunlar, nükleer silah serpintilerinde einsteinium (element 99) ve fermium (element 100) elementlerinin keşfedilmesine yol açtı.

R-süreci, nötronların yavaş yakalanması yoluyla nükleosentez olan ağır elementlerin üretimi için diğer baskın mekanizma olan s-süreci ile çelişir. S-süreci öncelikle sıradan yıldızlarda, özellikle de AGB yıldızlarında meydana gelir; burada nötron akısı nötron yakalamalarının her 10–100 yılda bir tekrarlanmasına neden olur, bu da saniyede 100 yakalama gerektiren r süreci için çok yavaştır. S-süreci ikincildir, yani çekirdeklerinin yavaş bir serbest nötron yakalama dizisi ile diğer ağır çekirdeklere dönüştürülmesi için önceden var olan ağır izotopları gerektirir. R-süreci senaryoları kendi çekirdeklerini yaratır, böylece ağır çekirdek çekirdek içermeyen büyük yıldızlarda ilerleyebilirler. Birlikte ele alındığında, r- ve s-süreçleri, demirden daha ağır kimyasal elementlerin neredeyse tüm bolluğundan sorumludur. Tarihsel zorluk, zaman ölçeklerine uygun fiziksel ortamları bulmak olmuştur.