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三重アルファ反応

 

よみ方

さんじゅうアルファはんのう

英 語

triple alpha reaction

説 明

3つのヘリウム原子(^4{\rm He}\alpha粒子ともいう)から炭素(^{12}{\rm C})が合成される原子核反応(右図参照)。 トリプルアルファ反応とも言う。この反応は、(1)2つの^4{\rm He}から^8{\rm Be}が合成される過程と、(2)^8{\rm Be}^4{\rm He}から励起状態にある^{12}{\rm C}^*が合成される過程、および(3)励起された^{12}{\rm C}^*が光子\gamma(あるいは電子-陽電子対)を放射して基底状態の^{12}{\rm C}に変換される過程の3段に分けられる(^{12}{\rm C}^*^*は励起状態にあることを示す。陽子数と中性子数は同じだが、原子核としての構造は基底状態の^{12}{\rm C}と異なる)。
^8{\rm Be}が合成される第1段と第2段はそれぞれ91.78 keVと0.29 MeVの吸熱反応であるが、全体としては発熱反応である。合成された^8{\rm Be}は不安定で、極めて短い寿命で2つの^4{\rm He}に戻る。しかし10^8 Kの高温になると、熱平衡状態でごく微量の^8{\rm Be}ができる。この微量の^8{\rm Be}が第2段の反応を起こし、さらにその中の微量が^{12}{\rm C}^*となる。第2段の反応で合成された^{12}{\rm C}^*も多くは逆反応によりもとに戻る。第2段の反応は、運動エネルギーを含めた^8{\rm Be}^4{\rm He}の全エネルギーがちょうど^{12}{\rm C}^*の静止エネルギーと等しいときにだけ起こるので、共鳴反応と呼ばれる。ヘリウムから炭素が合成される反応なので、ヘリウム燃焼とも呼ばれる。 この反応が起こることは1953年フレッド・ホイル(F. Hoyle)によって理論的考察から提唱された。ただし近年、2\times 10^8\,{\rm K}より低温では、直接3つの{}^4{\rm He}から^{12}\,{\rm C}が形成される可能性が指摘されている。

2018年09月17日更新

関連画像

三重アルファ反応の図
*三重アルファ反応のエネルギー準位図。図のエネルギースケールはそれぞれ異なって描かれている。
岡村・家・犬塚・小山・千葉・富阪編『天文学辞典』、シリーズ現代の天文学別巻(日本評論社)p. 151