学科：天体地学

词目：硅燃烧

英文：silicon combustion

释文：恒星在氧燃烧结束后,进一步引力收缩,温度和密度进一步增加,当温度达到约30亿～50亿开时,恒星中的核反应进入最后阶段——硅燃烧。与氢到氧的燃烧不同,由于28Si有14个质子,库仑位垒极高,28Si与28Si之间无法发生自身聚合反应,因此硅燃烧首先发生的反应是光解作用。在30亿度的温度下,光子能量可达2×105电子伏以上,如此高能量的辐射与24Mg、28Si、32S等多种靶核作用,通过（γ,p）、（γ,n）、(γ,α)等反应释放出质子、中子和α粒子,这些粒子又和未光解的靶核反应形成较重的核。这种先破坏后合成的过程,除Si外,Mg、Ne、S等都可能发生,统称为硅燃烧。硅燃烧完成后,由于原子序数大于铁原子核的每个核子的结合能随质量的增加而减少,这样就不能再依靠核聚变释放出的能量来阻止恒星的引力收缩,从而使恒星坍塌,演化成为中子星或黑洞。

核融合序列和α过程

小质量的红矮星（质量不超过0.3倍太阳质量）在耗尽氢燃料后仅能产生氦,但其核心收缩产生的温度不足以点燃氦燃烧。如果恒星有着中等的质量（大于0.3倍但小于8倍太阳质量），将能进行氦燃烧而产生碳。当它们核心的氦被耗尽时，这些恒星就结束了其主要生命历程，在核心留下了碳核。更大质量的恒星（大于8至10倍太阳质量）能因为质量造成非常高的重力位能而燃烧碳。在大质量的压缩下，核心的温度可已高达6亿K，而碳燃烧能产生的新化学元素如下：

碳–12 → 氧–16，氖–20，和镁–24

化学元素以它们在核心中所拥有的质子来定义，在上面所列出的元素中，词尾附加的数字表示不同的同位素（中子数目不同的化学元素）的摩尔质量。

大质量恒星在燃烧完碳元素之后，它会收缩来获得更高的温度，开始如下所示的氧、氖和镁的燃烧：

氧–16、氖–20、和镁–24 → 硅–28和硫–32（历经6个月长的过程）

当大质量恒星的核心只剩下硅和硫元素之后，他将继续收缩直到核心的温度高达27至35亿K；硅的燃烧点温度。硅燃烧继承了α作用，以加入与一个氦核（两个质子和两个中子）相等的质量来创造新元素。每个步骤的程序如下：

硅–28 → 硫–32 → 氩–36 → 钙–40 → 钛–44 → 铬–48 → 铁–52 → 镍–56

整个硅燃烧序列的时间从开始到镍–56的产生大约持续一天就整个完成并停止。镍–56（有28个质子）的半衰期为6.02天，以β辐射（正β衰变，放射出一个正电子）成为钴–56（有27个质子），再以77.3天的半衰期蜕变成为铁–56（有26个质子），但是在大质量恒星的核心内只有几分钟的时间可以让镍进行衰变。当硅在长达一天的燃烧序列结束时，恒星不再能进行核融合将质量转换成能量来，因为56个核子的同位素是所有进行α作用序列的元素中，每个核子（质子和中子）质量最低的组合。即使铁–58和镍–62的核子质量比铁–56还低一些，但α作用在下一阶段产生的元素是锌–60，每个核子的质量都稍微大一点，需要消耗能量而不是放出能量。恒星在燃料耗尽的几分钟内就会开始收缩，收缩产生的重力势能将核心的温度提升至5兆K，虽然这能延迟恒星的塌缩，但因为已经没有新的热能够经由燃料的融合产生，因此在几秒钟内塌缩就会发生。恒星的核心部分在撞击下不是成为中子星，就是因为质量够大而成为黑洞；恒星的外壳则以我们所知的II型超新星爆炸，持续向外膨胀数天到数个月。这种超新星爆炸释放出大量喷射而出的中子，在大约一秒钟的时间内就会经由中子捕获——也就是所谓的r-过程——的核合成产生半数以上比铁重的元素（此处的r代表快中子捕获）。

硅在燃烧时会释放出大量的热能，其中化学键及其所需能量如下：Si-O：460 Kj 0=0:494 Kj Si-Si：176 Kj

硅单质是空间网状结构，即每1个硅原子与另4个硅原子相连，平均每个硅原子有2个Si-Si。二氧化硅也是空间网状结构，即每1个硅原子与4个氧原子相连，平均每个硅原子有4个Si-O。