这个问题确实很大,我试着回答一下。
首先介绍一个概念,大爆炸核合成(Big Bang Nucleosynthesis,简称BBN),也叫原初核合成。大爆炸核合成是宇宙间所有元素最初的来源。这个概念是和大爆炸宇宙学联系在一起的,是大爆炸宇宙学的三大基石之一。大爆炸理论在20世纪40年代由苏联科学家伽莫夫(Gamov)等人提出。该理论认为我们今天的宇宙来源于140多亿年前的一场猛烈的大爆炸。随着宇宙膨胀,温度降低,宇宙相继经历了Plank时代、大统一理论时代、重子时代、轻子时代、核时代等阶段。
原初合成阶段大概在宇宙创生100~1000秒的时候,温度大约是9亿度(当然温度在不断降低),原初核合成后,物质的成分大致是:75%是1H,25%是4He,此外还有少量的2H、3He和7Li。这里的百分比是质量分数。
宇宙原初核合成开始于氘的合成:p+n→D+γ,式中p是质子,n是中子,D是氘核,γ是光子。我们把这个式子简写作p(n,γ)D。其他的反应有D(D,p)T(式中T是3He)、D(n,γ)T,3He(n,p)T,D(D,n)3He,D(p,γ)3He等。随后是合成4He的反应:D(D,γ)4He,3He(3He,2p)4He,D(3He,p)4He,T(p,γ)4He,T(D,n)4He,3He(n,γ)4He。
7Li产生的方式有两种。1、3He(4He,γ)7Be,接着7Be发生β衰变,生成7Li。2、T(4He,γ)7Li
今天的自然界有100多种元素,核素,包括稳定核素和不稳定核素则有上千种,但是大爆炸核合成只是合成了核素表中最前面的几种。原因在于:1、在原初核合成中,温度、密度都随时间急剧降低,不利于核反应的发生。2、质量数A=5和A=8,没有稳定的核素,因此核反应链难以为继。
如前面所说,原初核合成只能产生很少的几种核素,今天的大千世界,绝大部分核素是在恒星内部合成的。
在说恒星核合成之前,我首先说一点核物理的背景知识。核素是由核子组成的,核子有质子和中子。n个核子聚集在一起形成一个核素Z,Z的质量并不等于这n个核子单独的质量之和而是略小。损失的质量以能量方式释放,称作结合能。结合能的计算由爱因斯坦质能关系给出:E=mc^2。用结合能除以核子的数目,叫比结合能。比结合能越大的核素,相对来说越稳定。不同核素的比结合能是不一样的。如果画一张图,横轴是核素的质量数,纵轴是每种核素的比结合能,我们会发现,这条比结合能的曲线中间高,两头低。峰值大概在56Fe附近。也就是说中等质量的核素比轻、重核都要稳定。
当比结合能小的核变成比结合能大的核,就会释放能量。由此我们可以知道有两个途径可以放出能量:一是重核的裂变,这就是原子弹的原理;二是轻核聚变,这就是氢弹的原理。
回过来看恒星核合成。由于原初核合成留给我们的是轻核,所以恒星内部的核素是由轻及重依次合成的,也就是说主要是聚变。聚变是两个核素相撞,形成一个更重的核素。原子核是带正电的,两个核素要相撞,就必须有足够的能量,能部分地克服核子间相互排斥的库仑位垒(不需要全部克服,因为有隧道效应)。库仑位垒与两个核子核电荷数的乘积成正比,所以两个4He聚变要比两个1H聚变来得困难,因为需要更高的动能,或者说更高的温度。因此,恒星内部的核合成是由最轻的H开始,依次进行的。
恒星核燃烧的阶段可以分成氢燃烧、氦燃烧、碳燃烧、氖燃烧、硅燃烧等阶段。这里我不打算一一介绍,着重说一下氢燃烧。
氢燃烧是恒星核合成的第一个阶段。也是最主要的一个阶段。天文学上说的主序星,其实就是平稳地进行氢燃烧的恒星。
氢燃烧分为pp链和CNO循环。温度低时,恒星内部发生pp链,温度高时发生CNO循环。不管pp链还是CNO循环,总的结果都是4个1H结合成一个4He,放出能量。
pp链的反应式:1H(p,e+)2H,2H(p, γ)3He,3He(T,2p)4He。最后一个式子中2p表示放出两个质子。温度高时最后一个式子由下面的反应替代:4He(T, γ)7Be,同时7Be(e,)7Li,7Li(p, α)4He,α也就是4He,又或者7Be(p, γ)8B,8B(,e+)8Be,8Be(γ,α)4He。
CNO循环的反应式如下:12C(p, γ)13N,13N(,e+)13C,13C(p, γ)14N,14N(p, γ)15O,15O(,e+)15N,15N(p, α)4He。虽然反应式中出现C、N、O的同位素,但总的效应仍然是4个1H聚合成一个4He,C、N、O只是中间产物。温度低于1千万度的时候,只发生前面的三个反应,当温度高于1700万度的时候,后三个式子由下面的反应替代:15N(p, γ)16O,16O(p, γ)17F,17F(,e+)17O,17O(p, α)14N。
氦燃烧:温度接近和高于1亿度的时候,α核可以通过两步合成为12C。4He(α, γ)8Be,8Be(α, γ)12C。这是氦燃烧过程最主要的反应。氦燃烧过程还有其他的反应,不再一一列出。
前面提过自然界中没有A=5和A=8的稳定核素。8Be亦是如此,事实上,8Be是绝对不稳定的,一经产生马上裂解成2个α核。之所以能最终产生12C,得益于恒星内部有大量的核素,因此虽然8Be不稳定,但是仍然可以保证在任何一个时刻都有一定数量的8Be存在,在8Be裂解之前,再俘获一个α粒子产生12C。其实这样产生的12C也是处于激发态,很容易再度裂解成3个α粒子,使得前面所有的努力功亏一篑,大约每100万个12C中只有10个能通过发生γ光子变成稳定的12C保存下来。
下面的过程不再详述了。一旦4He产生,核素就可以不断地俘获α核产生更重的核素。必须注意的是,到了后面一些核合成阶段,如Ne燃烧和Si燃烧阶段。由于温度很高,光子有很高的能量,甚至可以把已有的核素打碎,然后重新组合,这叫作光致裂解导致的元素重新组合。
铁族元素是指核子质量数在40<A<65之间的元素,质量数比铁族元素还重的一般叫重元素。前面提到,比结合能大致在56Fe处达到峰值,再往后比结合能降低,另外一方面,重核如果仍然通过聚变产生,势必需要相当高的温度,这时高能光子足以打碎核素,从而阻止更重的核素的产生。重元素是通过恒星内部俘获中子产生的。依据中子俘获时标与β衰变时标的快慢,又可将中子俘获过程具体分成快中子过程(r-process)和慢中子过程(s-process)。这些都不再详述。
以上是关于元素合成理论的最粗浅的介绍。希望能对你有帮助。我不清楚你想搜集尽可能多的核反应方程的目的何在。我个人觉得没有这个必要,理解基本原理就可以。另外一方面,任何核反应,只要满足质量数守恒、电荷守恒、重子数守恒、轻子数守恒、奇异数守恒这样一些基本的守恒定律,都是有可能发生的。只是,有些反应你写出来可能是吸热反应,需要足够高的温度才能发生;另外一些反应,有可能是禁戒的,因而反应速率很低,仅此而已。
如果你实在需要找核反应,你可以到
http://ie.lbl.gov/astro/friedel.html上去看看。祝好运^_^