Nucleosynthesis

핵합성은 고에너지 환경에서 자연적으로 발생하며, 또한 인공적인 제조 과정의 결과로도 발생하는 새로운 원소를 생성하는 과정이다. 빅뱅의 최초 3분은 매우 뜨겁고, 밀도가 높으며, 에너지가 높은 환경이었고, 이 짧은 기간 동안 핵합성이 발생하여 현재 우주에 존재하는 거의 모든 수소와 상당량의 헬륨, 그리고 훨씬 적은 양의 리튬과 붕소를 생성했다.

느린 항성 핵합성

빅뱅과 급팽창 기간 이후, 최초의 별들에서 항성 핵합성이 시작되어 다양한 수소 기반 핵융합 과정을 통해 훨씬 더 많은 헬륨을 생성했다. 별이 더 크고 오래될수록, 다양한 유형의 헬륨 융합을 통해 더 무거운 원소들이 생성되어, 특히 탄소와 질소가 만들어졌다.

더 높은 원자 번호를 가진 원소들의 범위는 점근 적색거성 단계에서 발생하는 느린 's-과정' 핵합성을 통해 생성된다. 이러한 죽어가는 늙은 별들은 죽을 때 항성풍으로 이 무거운 원소들을 방출하며, 특히 '준설'이라고 알려진 에너지가 높은 사건들 동안 방출한다; 이러한 항성풍과 사건들은 성간 매질을 풍부하게 한다. 죽어가는 저질량 별들이 생성하는 원소들에는 질소와 탄소 그리고 약간의 리튬뿐만 아니라 바륨, 수은, 납, 텅스텐과 같은 철보다 무거운 여러 원소들이 포함된다 자세한 내용은 아래 주기율표 참조.

죽어가는 저질량 별들도 산소를 생성하지만, 이 원소는 보통 핵 근처에 남아 적색거성 단계에서 방출되지 않으며, 일반적으로 항성 잔해(백색왜성)에 남게 된다.

빠른 (폭발적) 핵합성

철까지의 핵융합 반응은 발열 반응이지만, 더 무거운 원소를 생성하는 흡열 반응은 빠른 합성 과정과 느린 합성 과정 모두를 통해 발생할 수 있다는 점에 주목하라. 더 높은 원자 질량을 가진 많은 원소들은 폭발하는 백색왜성, 핵붕괴 초신성, 충돌하는 중성자별과 같은 매우 높은 에너지 사건과 관련된 급속 r-과정 핵합성에서 생성된다. 이러한 급속한 사건들은 매우 짧은 기간, 때로는 몇 분 만에 매우 많은 양의 무거운 원소들을 생성할 수 있다; 이것은 수백만 년에 걸쳐 발생하는 s-과정 핵합성과 뚜렷한 대조를 이룬다.

폭발하는 백색왜성 (신성)은 상당한 양의 칼슘, 철, 니켈, 황, 칼륨, 구리, 아연을 생성한다. 백색왜성은 주로 탄소나 산소로 구성되어 있다; 이 원소들은 대부분 내부 영역에 남아 있지만, 비교적 드문 1a형 초신성 사건 동안 방출될 수 있다.

매우 거대한 별의 내부에서는 탄소, 네온, 산소, 규소, 그리고 마지막으로 철이 동심원 껍질에서 생성된다. 이러한 원소들은 핵붕괴 초신성 사건 동안 방출되며, 이는 또한 r-과정 핵합성을 통해 재앙적인 폭발 동안 매우 빠르게 많은 다른 원소들을 생성한다. 이러한 원소들에는 나트륨, 마그네슘, 칼륨, 알루미늄, 칼슘뿐만 아니라 니켈, 구리, 아연, 셀레늄, 크립톤, 게르마늄과 같은 여러 무거운 원소들이 포함된다.

충돌하는 중성자별은 극도로 에너지가 높고 빠른 사건으로 금, 백금, 토륨, 우라늄과 같은 무거운 경제적으로 중요한 원소들을 생성한다. 철보다 무거운 원소의 동위원소 중 약 절반이 이런 방식으로 생성된다.

p-과정, rp-과정, 우주선 융합과 같은 여러 다른 핵합성 과정들이 다양한 환경에서 발생한다(이 마지막 과정은 행성 천체의 표면이나 근처에서 우주선 파쇄 사건을 통한 붕소와 베릴륨, 그리고 약간의 리튬의 생성을 담당한다).

또한 핵합성 과정은 종종 단기 방사성 원소와 동위원소를 생성하며, 이들은 빠르게 다른 더 안정적인 원소로 붕괴된다는 점에 주목하라. 원소의 상대적 우주 존재비에 대한 자세한 내용은 이 페이지를 참조하라.

블랙홀 강착 원반, 특히 쌍성 항성 파트너로부터 물질을 추출하는 원반도 핵합성의 장소이지만, 성간 매질을 풍부하게 하는 데 대한 기여도는 미미하다. 그러나 이 과정은 맞춤형 블랙홀을 사용하는 인공 핵합성 프로젝트에서 활용될 수 있다.

인공 핵합성

인공 핵합성은 소위 원자 시대에 구지구에서 처음으로 달성되었다; 그 이후로 풍부한 수소와 헬륨으로부터 원소를 인공적으로 생성하는 것이 비교적 흔한 일이 되었다. 원소 합성의 실천은 연금술이라고 불린다.

대규모 변환은 높은 에너지 활동으로, 종종 DWIZ 블랙홀 강착 원반과 같은 거대한 반응로를 사용한다. 전력 생산과 우주선 추진에서도 발생하며 여러 원소를 부산물로 생성하지만, 더 유용한 원소를 제한된 양으로 생산하는 소규모 핵합성은 울트라텍 수준 이상의 극도로 발전된 기술을 필요로 하며, 일반적으로 전문 프로젝트에만 사용됩니다. Articles Related topics