При рассмотрении средней распространенности изотопов (см. рис. 29) видно, что распространенность указанных изотопов выше распространенности изотопов более тяжелых элементов с А >60, которые, как мы покажем дальше, образуются в других ядерных процессах. Следовательно, описанные процессы захвата ядер гелия и углерода являются наиболее эффективными реакциями синтеза сравнительно тяжелых элементов в природных условиях. Об этом свидетельствует и тот факт, что в земной коре наибольшей распространенностью обладают изотопы, массовое число которых кратно четырем, например Ca40, Mg24 и другие. Этим обстоятельством объясняется также наблюдаемый в земной коре и метеоритах изотопный состав четных элементов с Z<35. У магния (рис. 38), как и у других элементов, преобладает самый легкий изотоп, образование которого происходит в описанных выше процессах.
Для ядер элементов с Z> 35, наоборот, характерны более тяжелые изотопы. Это видно из рис. 39, на котором изображена зависимость относительного содержания изотопов церия от их массового числа. Преобладают преимущественно тяжелые изотопы церия Се140 и Се142, содержание которых в природной смеси составляет примерно 88 и 11 % соответственно, в то время как содержание Се136 — лишь 0,2 % и Се138 — 0,25 %. Наблюдаемые резкие различия в изотопном составе элементов среднего атомного веса и тяжелых элементов несомненно указывают на различный характер ядерных реакций, приведших к их образованию.
Обнаружены звезды, в которых преобладают элементы, образующиеся в термоядерных реакциях с ядрами гелия. Например, в спектре белого карлика Росс 640, который, как мы покажем дальше, мог образоваться при дальнейшей эволюции красного гиганта, наблюдаются только линии магния и кальция.
Предполагается, что красный гигант находится в стадии, на которой протекают вышеуказанные процессы, в течение от 100 до 10 000 лет. Это уже более быстрые процессы по сравнению с термоядерными реакциями синтеза ядер гелия.
Рис. 38. Зависимость распространенности изотопов магния от их массовых чисел.
Рис. 39. Зависимость распространенности изотопов церия от их массовых чисел.
В гелиевых ядрах красных гигантов наряду с описанными выше процессами могут протекать реакции, сопровождающиеся испусканием нейтронов. Из ядер-ной физики известно, что наиболее эффективными источниками нейтронов являются (α, n) — реакции на изотопах, которые имеют в своем составе один нейтрон сверхкратного числа альфа-частиц, например: Be9 (две альфа-частицы + нейтрон), С13 (три альфа-частицы + нейтрон), Ne21 (пять альфа-частиц + нейтрон). Интересно напомнить, что именно в результате реакции Ве9(α, п)С12 в лабораторных условиях впервые был получен нейтрон и она используется в качестве наиболее широко распространенного радий-бериллиевого источника нейтронов. Природные источники нейтронов на Земле также основаны на реакциях такого типа.
Рассмотрим теперь вопрос о том, не могут ли подобные реакции быть источником нейтронов в недрах красных гигантов? Мы уже указывали, что изотоп О3 образуется в звездах в углеродно-азотном цикле, но поскольку мы находим этот изотоп в веществе Земли и метеоритов, можно сделать вывод, что он не полностью выгорает в этом цикле. Кроме того, не исключена возможность, что вещество красного гиганта перемешивается хотя бы частично, и тогда водород из ее оболочки попадает в центр звезды. Это может вызвать углеродно-азотный цикл с образованием дополнительного количества ядер С13. Тогда по реакции
С13 + Не4 = О16 + 0п1
будут образовываться нейтроны. Так как время жизни ядер С13 в этой реакции приближается к 1 млн. лет при температуре около 100 млн. град, то она может рассматриваться как практически постоянный источник нейтронов в течение всего времени существования красного гиганта. Однако в углеродно-азотном цикле образуются ядра N14, которые активно захватывают нейтроны по реакции
N14 + 0п1 = С14 + р
и тем самым как бы «отравляют» нейтронный источник, уменьшая его мощность.