Распространенностью элементов называется число ядер данного элемента в веществе, приходящееся на определенное число ядер эталонного элемента. В качестве эталонного элемента обычно выбирают водород или кремний. Экспериментальные данные о распространенности различных элементов получают путем анализа элементного состава Земли, Луны и других планет, метеоритов, на основе спектрального анализа Солнца и других звезд межзвездной среды, а также из содержания различных ядер в составе космических лучей. Имеются сложности как в реализации различных методов определения распространенности химических элементов, так и в интерпретации результатов наблюдений. Все это приводит к погрешностям в определении распространенности элементов.
 Рис. 1. Распространенность нуклидов относительно Si в зависимости от массового числа (выбраны такие единицы, в которых распространенность Si равна 106) |
Распространенность элементов как
функция массового числа, построенная на основе
анализа информации о распространенности
элементов на Земле, в метеоритах, на Солнце и в
звездах, схематически показана на рис. 1. Указаны
процессы, ответственные за формирование
различных участков кривой распространенности.
Среди наиболее существенных
особенностей распространенно-сти элементов
можно выделить следующие:
- Вещество во Вселенной в основном состоит из водорода - 90% всех атомов.
- По распространенности гелий занимает второе место, составляя ~ 10% от числа атомов водорода.
- Существует глубокий минимум, соответствующий литию, бериллию и бору.
- Сразу за этим глубоким минимумом следует максимум, обусловленный повышенной распространенностью углерода и кислорода.
- Вслед за кислородным максимумом идет скачкообразное падение вплоть до скандия (Z = 21, A = 45).
- Наблюдается резкое повышение распространенности элементов в районе железа (“железный пик”).
- После A ~ 60 уменьшение распространенности происходит более плавно.
- Наблюдается заметное различие между элементами с четным и нечетным Z. Как правило, элементы с четным Z являются более распространенными.
- Ряд ядер, так называемые обойденные ядра - 74Se, 78Kr, 92Mo, 96Ru и др., имеют распространенность на два порядка меньшую, чем соседние ядра. Эти особенности распространенности элементов и должны быть объяснены в теории образования элементов.
Для объяснения образования химических элементов в 1948 году Г. Гамовым была выдвинута теория Большого взрыва. Согласно модели Гамова синтез всех элементов происходил во время Большого взрыва в результате неравновесного захвата атомными ядрами нейтронов с испусканием γ-квантов и последующим β--распадом тяжелых ядер. Однако детальные расчеты показали, что в этой модели невозможно объяснить образование элементов тяжелее Li. На начальном этапе эволюции Вселенной, примерно через 100 с после Взрыва, при температуре ~ 109 K в термоядерных реакциях образовались лишь самые легкие атомные ядра - изотопы водорода и гелия.
n + p → d + γ, |
d + n → t + γ, | t + p → 4He + γ, |
| d + d → t + p, | ||
| d + p → 3He + γ, | 3He + n → 4He + γ. | |
| d + d → 3He + n, |
Согласно современным представлениям образование более тяжелых ядер на этом этапе оказывается невозможным. Более тяжелые ядра образовались лишь через миллиарды лет после Большого взрыва в процессе звездной эволюции.
|
|
05.05.12