Proses alfa

Proses alfa, juga dikenali sebagai penangkapan alfa atau tangga alfa, adalah salah satu daripada dua kelas tindak balas pelakuran nuklear apabila bintang menukarkan helium kepada unsur yang lebih berat. Kelas lain ialah kitaran tindak balas yang dipanggil proses alfa ganda tiga, yang hanya menggunakan helium, dan menghasilkan karbon. Proses alfa paling kerap berlaku dalam bintang besar dan semasa supernova.

Kedua-dua proses ini didahului oleh pelakuran hidrogen, yang menghasilkan helium yang menjadi bahan api bagi kedua-dua proses alfa ganda tiga dan proses tangga alfa. Setelah proses alfa ganda tiga menghasilkan cukup karbon, proses tangga alfa bermula dan tindak balas pelakuran unsur-unsur yang semakin berat berlaku mengikut urutan yang disenaraikan di bawah. Setiap langkah hanya menggunakan produk daripada tindak balas sebelumnya dan helium. Tindak balas peringkat terkemudian yang mampu bermula dalam mana-mana bintang, adalah berlaku sementara tindak balas peringkat sebelumnya masih berlangsung di lapisan luar bintang tersebut.

${\displaystyle {\begin{array}{ll}{\ce {~{}_{6}^{12}C\ ~~+{}_{2}^{4}He\ ->~{}_{8}^{16}O\ \ ~+\gamma ~,}}&E={\mathsf {7.16\ MeV}}\\{\ce {~{}_{8}^{16}O\ ~~+{}_{2}^{4}He\ ->{}_{10}^{20}Ne\ \ +\gamma ~,}}&E={\mathsf {4.73\ MeV}}\\{\ce {{}_{10}^{20}Ne\ ~+{}_{2}^{4}He\ ->{}_{12}^{24}Mg\ +\gamma ~,}}&E={\mathsf {9.32\ MeV}}\\{\ce {{}_{12}^{24}Mg\ +{}_{2}^{4}He\ ->{}_{14}^{28}Si\ ~~+\gamma ~,}}&E={\mathsf {9.98\ MeV}}\\{\ce {{}_{14}^{28}Si\ ~~+{}_{2}^{4}He\ ->{}_{16}^{32}S\ \ ~~~+\gamma ~,}}&E={\mathsf {6.95\ MeV}}\\{\ce {{}_{16}^{32}S\ ~~~+{}_{2}^{4}He\ ->{}_{18}^{36}Ar\ ~\ +\gamma ~,}}&E={\mathsf {6.64\ MeV}}\\{\ce {{}_{18}^{36}Ar\ ~+{}_{2}^{4}He\ ->{}_{20}^{40}Ca\ \ +\gamma ~,}}&E={\mathsf {7.04\ MeV}}\\{\ce {{}_{20}^{40}Ca\ +{}_{2}^{4}He\ ->{}_{22}^{44}Ti\ ~~+\gamma ~,}}&E={\mathsf {5.13\ MeV}}\\{\ce {{}_{22}^{44}Ti\ ~+{}_{2}^{4}He\ ->{}_{24}^{48}Cr\ ~+\gamma ~,}}&E={\mathsf {7.70\ MeV}}\\{\ce {{}_{24}^{48}Cr\ +{}_{2}^{4}He\ ->{}_{26}^{52}Fe\ ~\ +\gamma ~,}}&E={\mathsf {7.94\ MeV}}\\{\ce {{}_{26}^{52}Fe\ +{}_{2}^{4}He\ ->{}_{28}^{56}Ni\ ~\ +\gamma ~,}}&E={\mathsf {8.00\ MeV}}\end{array}}}$

Tenaga yang dihasilkan oleh setiap tindak balas, E, adalah terutamanya dalam bentuk sinar gama (γ), dengan sejumlah kecil diambil oleh unsur hasil sampingan, sebagai momentum tambahan.

Satu salah faham yang biasa adalah bahawa urutan di atas berakhir pada ${\displaystyle \,{}_{28}^{56}\mathrm {Ni} \,}$ (atau ${\displaystyle \,{}_{26}^{56}\mathrm {Fe} \,}$, yang merupakan hasil pereputan daripada ${\displaystyle \,{}_{28}^{56}\mathrm {Ni} \,}$) kerana ia nuklida yang paling terikat rapat – iaitu, nuklida dengan tenaga pengikat nuklear per nukleon tertinggi – dan penghasilan nukleus yang lebih berat akan memakan tenaga (endotermik) dan bukannya melepaskan tenaga (eksotermik). ${\displaystyle \,{}_{28}^{62}\mathrm {Ni} \,}$ (Nikel-62) sebenarnya adalah nuklida yang terikat paling rapat dari segi tenaga pengikat (walaupun ${\displaystyle {}^{56}{\textrm {Fe}}}$ mempunyai tenaga atau jisim yang lebih rendah per nukleon). Tindak balas ${\displaystyle {}^{56}{\textrm {Fe}}+{}^{4}{\textrm {He}}\rightarrow {}^{60}{\textrm {Ni}}}$ sebenarnya adalah eksotermik, dan sememangnya penambahan alfa berterusan menghasilkan tenaga sehinggalah ke ${\displaystyle \ {}_{50}^{100}\mathrm {Sn} \ }$ tetapi urutan ini tetap berkesan berakhir pada besi. Urutan ini berhenti sebelum menghasilkan unsur yang lebih berat daripada nikel kerana keadaan di dalam lapisan bintang menyebabkan persaingan antara pemfotosepaian dan proses alfa cenderung memihak kepada pemfotosepaian sekitar besi. Ini menyebabkan lebih banyak ${\displaystyle \,{}_{28}^{56}\mathrm {Ni} \,}$dihasilkan berbanding ${\displaystyle \,{}_{28}^{62}\mathrm {Ni} ~.}$

Kesemua tindak balas ini mempunyai kadar yang sangat rendah pada suhu dan ketumpatan dalam bintang, dan oleh itu tidak menyumbang tenaga yang ketara kepada jumlah pengeluaran tenaga bintang. Tindak balas-tindak balas ini berlaku dengan lebih sukar lagi pada unsur-unsur yang lebih berat daripada neon (Z > 10) kerana sawar Coulomb yang semakin meningkat.