ヘリウム燃焼過程

ヘリウム4の原子核を「α粒子」といい、ヘリウム4に関わる反応をヘリウム燃焼過程という。

同位体にヘリウム3もあるが、ヘリウム3に関する反応は、ヘリウム燃焼過程には含めない。

ヘリウム4由来でもっとも基本的な核融合は、ベリリウム8を生成する融合である。

• ⁴He + ⁴He → ⁸Be

しかしながらベリリウム8は極めて不安定である。一説では半減期が6.7×10⁻¹⁷秒とされ、瞬時にヘリウム2個に崩壊してしまう。

これ以上の原子量を持つ元素を融合するためには、ベリリウム8が崩壊する前に更にもう一つヘリウム4を融合する必要があるが、恒星の通常状態では不可能である。これが可能になるのは、恒星の末期である。

恒星も末期となると、中心核の温度が1億Kを超える。

この状態ではヘリウム同士の融合が頻度を増し、ベリリウム8の生成と崩壊が平衡するようになる。やがて、ベリリウムが崩壊する前に3個目のヘリウム4が融合して炭素12を作るようになる。

• ⁸Be + ⁴He → ¹²C

3つのヘリウム4から炭素12が出来るように見えるこの反応が、トリプルアルファ反応である。

こうして作られた¹²Cが、恒星内で行なわれる様々な核融合反応の「種」となる。

トリプルアルファ反応で作られた炭素12に、ヘリウム4が融合すると、酸素16ができる。このようにして、次々と元素を作っていく反応をアルファ反応という。

• ¹²C + ⁴He → ¹⁶O
• ¹⁶O + ⁴He → ²⁰Ne

通常は、ネオン20までである。しかし恒星末期になり、高温状態になるとさらに反応が進む。

• ²⁰Ne + ⁴He → ²⁴Mg
• ²⁴Mg + ⁴He → ²⁸Si

最後に、珪素が燃え始める珪素燃焼過程に進むことになる。

• ²⁸Si + ⁴He → ³²S
• ³²S + ⁴He → ³⁶Ar
• ³⁶Ar + ⁴He → ⁴⁰Ca
• ⁴⁰Ca + ⁴He → ⁴⁴Ti
• ⁴⁴Ti + ⁴He → ⁴⁸Cr
• ⁴⁸Cr + ⁴He → ⁵²Fe
• ⁵²Fe + ⁴He → ⁵⁶Ni

しかしアルファ反応もニッケル56が限度であり、ここまで到達してしまった恒星は遂に燃やす物がなくなり、死に至ることになる。