กระบวนการอัลฟาหรือที่รู้จักกันในชื่อการจับอัลฟาหรือบันไดอัลฟาเป็นหนึ่งในสองประเภทของ ปฏิกิริยา ฟิวชั่นนิวเคลียร์ที่ดาวฤกษ์เปลี่ยนฮีเลียมเป็นธาตุ ที่หนักกว่า อีกประเภทหนึ่งคือวัฏจักรของปฏิกิริยาที่เรียกว่ากระบวนการทริปเปิลอัลฟาซึ่งใช้ฮีเลียมเพียงอย่างเดียวและผลิตคาร์บอน [ ^{1 ]}กระบวนการอัลฟามักเกิดขึ้นในดาวฤกษ์มวลมากและระหว่าง^ซูเปอร์โนวา

กระบวนการทั้งสองนี้เกิดขึ้นหลังจากปฏิกิริยาฟิวชันของไฮโดรเจนซึ่งผลิตฮีเลียมที่เป็นเชื้อเพลิงให้กับทั้งกระบวนการทริปเปิลอัลฟาและกระบวนการอัลฟาแลดเดอร์ หลังจากที่กระบวนการทริปเปิลอัลฟาผลิตคาร์บอนได้เพียงพอแล้ว กระบวนการอัลฟาแลดเดอร์ก็จะเริ่มต้นขึ้น และปฏิกิริยาฟิวชันของธาตุที่มีน้ำหนักมากขึ้นเรื่อยๆ จะเกิดขึ้นตามลำดับที่ระบุไว้ด้านล่าง แต่ละขั้นตอนจะใช้เพียงผลผลิตจากปฏิกิริยาก่อนหน้าและฮีเลียมเท่านั้น ปฏิกิริยาในขั้นหลังๆ ที่สามารถเริ่มต้นได้ในดาวฤกษ์ดวงใดดวงหนึ่ง จะเกิดขึ้นในขณะที่ปฏิกิริยาในขั้นก่อนหน้ายังคงดำเนินอยู่ในชั้นนอกของดาวฤกษ์

${\displaystyle {\begin{array}{ll}{\ce {~{__{6}^{12}C\ ~~+{}_{2}^{4}เขา\ ->~{__{8}^{16}O\ \ ~+\gamma ~,}}&E={\mathsf {7.16\ MeV}}\\{\ce {~{__{8}^{16}O\ ~+{__{2}^{4}เขา\ ->{__{10}^{20}Ne\ \ +\gamma ~,}}&E={\mathsf {4.73\ MeV}}\\{\ce {{}_{10}^{20}Ne\ ~+{}_{2}^{4}เขา\ ->{}_{12}^{24}Mg\ +\gamma ~,}}&E={\mathsf {9.32\ MeV}}\\{\ce {{__{12}^{24}Mg\ +{__{2}^{4}เขา\ ->{__{14}^{28}Si\ ~~+\gamma ~,}}&E={\mathsf {9.98\ MeV}}\\{\ce {{__{14}^{28}Si\ ~~+{}_{2}^{4}เขา\ ->{__{16}^{32}S\ \ ~~~+\gamma ~,}}&E={\mathsf {6.95\ MeV}}\\{\ce {{__{16}^{32}S\ ~~~+{}_{2}^{4}เขา\ ->{__{18}^{36}Ar\ ~\ +\gamma ~,}}&E={\mathsf {6.64\ MeV}}\\{\ce {{}_{18}^{36}อาร์\ ~+{__{2}^{4}เขา\ ->{__{20}^{40}Ca\ \ +\gamma ~,}}&E={\mathsf {7.04\ MeV}}\\{\ce {{}_{20}^{40}Ca\ +{}_{2}^{4}He\ ->{}_{22}^{44}Ti\ ~+\gamma ~,}}&E={\mathsf {5.13\ MeV}}\\{\ce {{__{22}^{44}Ti\ ~+{__{2}^{4}เขา\ ->{}_{24}^{48}Cr\ ~+\gamma ~,}}&E={\mathsf {7.70\ MeV}}\\{\ce {{`{24}^{48}Cr\ +{__{2}^{4}เขา\ ->{__{26}^{52}เฟ\ ~\ +\gamma ~,}}&E={\mathsf {7.94\ MeV}}\\{\ce {{__{26}^{52}เฟ\ +{__{2}^{4}เขา\ ->{}_{28}^{56}Ni\ ~\ +\gamma ~,}}&E={\mathsf {8.00\ MeV}}\end{array}}}$

พลังงานที่เกิดขึ้นจากแต่ละปฏิกิริยาEส่วนใหญ่จะอยู่ในรูปของรังสีแกมมา ( γ ) โดยมีปริมาณเล็กน้อยที่ถูกใช้ไปโดย ธาตุ ที่เป็นผลพลอยได้ ในรูป ของ โมเมนตัมเพิ่มเติม

เป็นความเข้าใจผิดทั่วไปที่ว่าลำดับข้างต้นสิ้นสุดที่(หรือซึ่งเป็นผลผลิตจากการสลายตัวของ^{[ 2 ]} ) เนื่องจากเป็นนิวไคลด์ ที่มีพันธะแน่นที่สุด – กล่าวคือ นิวไคลด์ที่มี พลังงานยึดเหนี่ยวนิวเคลียร์สูงสุดต่อหนึ่งนิวคลีออน – และการผลิตนิวเคลียสที่หนักกว่าจะใช้พลังงาน (เป็นปฏิกิริยาดูดความร้อน ) แทนที่จะปล่อยออกมา ( เป็น ปฏิกิริยาคายความร้อน ) ( นิกเกล-62 ) จริงๆ แล้วเป็นนิวไคลด์ที่มีพันธะแน่นที่สุดในแง่ของพลังงานยึดเหนี่ยว^{[ 3 ]} (แม้ว่าจะมีพลังงานหรือมวลต่อหนึ่งนิวคลีออนต่ำกว่า) ปฏิกิริยานี้เป็นปฏิกิริยาคายความร้อน และการเพิ่มแอลฟาจะยังคงเป็นปฏิกิริยาคายความร้อนไปจนถึง[ ^{4 ] แต่}ถึงกระนั้นลำดับก็สิ้นสุดที่เหล็กอย่างมีประสิทธิภาพ ลำดับจะหยุดก่อนที่จะผลิตธาตุที่หนักกว่านิกเกลเนื่องจากสภาวะภายในดาวฤกษ์ทำให้การแข่งขันระหว่างการสลายตัวด้วยแสงและกระบวนการแอลฟาเอื้อต่อการสลายตัวด้วยแสงรอบๆเหล็ก[ ^{2 ] [ 5 ] ซึ่ง}นำไปสู่การผลิตมากกว่า${\displaystyle \,{__{28}^{56}\mathrm {Ni} \,}$${\displaystyle \,{__{26}^{56}\mathrm {Fe} \,}$${\displaystyle \,{__{28}^{56}\mathrm {Ni} \,}$${\displaystyle \,{__{28}^{62}\mathrm {Ni} \,}$${\displaystyle {}^{56}{\textrm {Fe}}}$${\displaystyle {}^{56}{\textrm {Fe}}+{}^{4}{\textrm {He}}\rightarrow {}^{60}{\textrm {Ni}}}$${\displaystyle \ {__{50}^{100}\mathrm {Sn} \ }$${\displaystyle \,{__{28}^{56}\mathrm {Ni} \,}$${\displaystyle \,{__{28}^{62}\mathrm {Ni} ~.}$

ปฏิกิริยาเหล่านี้เกิดขึ้นในอัตราที่ต่ำมากที่อุณหภูมิและความหนาแน่นในดาวฤกษ์ ดังนั้นจึงไม่ก่อให้เกิดพลังงานที่มีนัยสำคัญต่อผลผลิตรวมของดาวฤกษ์ ปฏิกิริยาเหล่านี้เกิดขึ้นได้ยากยิ่งขึ้นกับธาตุที่หนักกว่านีออน ( Z > 10 ) เนื่องจากกำแพงคูลอมบ์ที่ เพิ่มขึ้น

ธาตุอัลฟา (หรือธาตุอัลฟา ) ได้ชื่อเช่นนั้นเนื่องจากไอโซโทปที่พบมากที่สุดเป็นจำนวนเต็มทวีคูณของสี่ ซึ่งเป็นมวลของนิวเคลียสฮีเลียม ( อนุภาคอัลฟา ) ไอโซโทปเหล่านี้เรียกว่านิวไคลด์อัลฟา

• ธาตุอัลฟาที่มีเสถียรภาพได้แก่C , O , Ne , Mg , SiและS
• ธาตุอาร์กอน (Ar)และแคลเซียม (Ca)นั้น" มีเสถียรภาพในเชิงสังเกต "พวกมันถูกสังเคราะห์ขึ้นโดยการจับอนุภาคอัลฟา ก่อน ขั้นตอน การหลอมรวมซิลิคอนซึ่งนำไปสู่ ซูเปอร์โน วาประเภทที่ 2
• SiและCaเป็นธาตุที่เกิดขึ้นจากกระบวนการอัลฟาโดยแท้จริง
• แมกนีเซียมสามารถถูกใช้ไปโดยแยกต่างหากในปฏิกิริยาการจับโปรตอน ได้

สถานะของออกซิเจน ( O ) เป็นที่ถกเถียงกัน – ผู้เขียนบางคน^{[ 6 ]}ถือว่าเป็นธาตุอัลฟา ในขณะที่คนอื่นไม่ถือว่า เป็น Oเป็นธาตุอัลฟาอย่างแน่นอนในดาวฤกษ์ประเภท II ที่มีโลหะ ต่ำ : มันถูกผลิตขึ้นในซูเปอร์โนวาประเภท IIและการเพิ่มขึ้นของมันมีความสัมพันธ์ที่ดีกับการเพิ่มขึ้นของธาตุกระบวนการอัลฟาอื่นๆ

บางครั้งCและNถูกพิจารณาว่าเป็นธาตุในกระบวนการอัลฟา เนื่องจากเช่นเดียวกับOพวกมันถูกสังเคราะห์ขึ้นในปฏิกิริยาการจับอัลฟาในนิวเคลียส แต่สถานะของพวกมันนั้นคลุมเครือ: ธาตุทั้งสามชนิดนี้ถูกผลิต (และถูกใช้ไป) โดยวัฏจักร CNOซึ่งสามารถดำเนินไปได้ที่อุณหภูมิต่ำกว่าอุณหภูมิที่กระบวนการขั้นบันไดอัลฟาเริ่มผลิตธาตุอัลฟาในปริมาณมาก (รวมถึงC , NและO ) ดังนั้นการมีอยู่ของC , NหรือOในดาวฤกษ์จึงไม่ได้บ่งชี้อย่างชัดเจนว่ากระบวนการอัลฟาเกิดขึ้นจริง – ด้วยเหตุนี้ นักดาราศาสตร์บางคนจึงลังเลที่จะเรียกธาตุทั้งสามนี้ว่า "ธาตุอัลฟา" (โดยไม่มีเงื่อนไข)

โดยทั่วไปแล้วกระบวนการอัลฟาจะเกิดขึ้นในปริมาณมากก็ต่อเมื่อดาวฤกษ์มีมวลมากพอ – มีมวลมากกว่าประมาณ 10 เท่าของมวลของดวงอาทิตย์ [ ^{7 ] ดาวฤกษ์}เหล่านี้จะหดตัวลงเมื่ออายุมากขึ้น ทำให้อุณหภูมิและความหนาแน่นของแกนกลางเพิ่มขึ้นจนสูงพอที่จะทำให้เกิดกระบวนการอัลฟาได้ ความต้องการจะเพิ่มขึ้นตามมวลอะตอม โดยเฉพาะในระยะหลัง – บางครั้งเรียกว่าการเผาไหม้ซิลิคอน – และมักเกิดขึ้นในซูเปอร์โนวา^{[ 8 ]}ซูเปอร์โนวาประเภท II ส่วนใหญ่สังเคราะห์ออกซิเจนและธาตุอัลฟา ( Ne , Mg , Si , S , Ar , CaและTi ) ในขณะที่ซูเปอร์โนวาประเภท Iaส่วนใหญ่ผลิตธาตุของยอดเหล็ก ( Ti , V , Cr , Mn , Fe , CoและNi ) ^{[ 7 ]}ดาวฤกษ์ที่มีมวลมากพอสามารถสังเคราะห์ธาตุได้ถึงยอดเหล็กจากไฮโดรเจนและฮีเลียมที่ประกอบขึ้นเป็นดาวฤกษ์ในตอนแรกเท่านั้น^{[ 6 ]}

โดยทั่วไป ขั้นตอนแรกของกระบวนการอัลฟา (หรือการจับอัลฟา) จะเกิดขึ้นหลังจาก ขั้นตอน การเผาไหม้ฮีเลียมของดาวฤกษ์เมื่อฮีเลียมหมดลง ณ จุดนี้ จะมีการจับฮีเลียมอิสระเพื่อผลิต[ ^{9 ] กระบวนการ}นี้จะดำเนินต่อไปหลังจากแกนกลางเสร็จสิ้นขั้นตอนการเผาไหม้ฮีเลียม เนื่องจากเปลือกหุ้มรอบแกนกลางจะยังคงเผาไหม้ฮีเลียมและพาความร้อนเข้าไปในแกนกลาง^{[ 7 ]}ขั้นตอนที่สอง ( การเผาไหม้นีออน ) เริ่มต้นเมื่อฮีเลียมถูกปลดปล่อยออกมาจากการสลายตัวด้วยแสงของอะตอมหนึ่ง ทำให้อะตอมอื่นสามารถขึ้นไปตามบันไดอัลฟาได้ การเผาไหม้ซิลิคอนจะเริ่มต้นขึ้นในภายหลังผ่านการสลายตัวด้วยแสงในลักษณะเดียวกัน หลังจากจุดนี้จะถึงจุดสูงสุดที่กล่าวถึงก่อนหน้า นี้ คลื่นกระแทกของซูเปอร์โนวาที่เกิดจากการยุบตัวของดาวฤกษ์เป็นสภาวะที่เหมาะสมสำหรับกระบวนการเหล่านี้ที่จะเกิดขึ้นในช่วงเวลาสั้น ๆ ${\displaystyle {__{6}^{12}{\textrm {C}}}$${\displaystyle {__{8}^{16}{\textrm {O}}}$${\displaystyle {__{10}^{20}{\textrm {Ne}}}$${\displaystyle {__{14}^{28}{\textrm {Si}}}$${\displaystyle \,{__{28}^{56}\mathrm {Ni} \,}$

ระหว่างการให้ความร้อนขั้นสุดท้ายซึ่งเกี่ยวข้องกับการสลายตัวด้วยแสงและการจัดเรียงใหม่ อนุภาคนิวเคลียร์จะถูกแปลงเป็นรูปแบบที่เสถียรที่สุดระหว่างซูเปอร์โนวาและการดีดออกในภายหลังผ่านกระบวนการอัลฟาบางส่วน เริ่มต้นที่และสูงกว่านั้น ธาตุผลิตภัณฑ์ทั้งหมดเป็นกัมมันตรังสีและจะสลายตัวเป็นไอโซโทปที่เสถียรมากขึ้น ตัวอย่างเช่นถูกสร้างขึ้นและสลายตัวเป็น^{[ 9 ]}${\displaystyle {}_{22}^{44}{\textrm {Ti}}}$${\displaystyle \,{__{28}^{56}\mathrm {Ni} \,}$${\displaystyle {}_{26}^{56}{\textrm {Fe}}}$

ปริมาณรวมของธาตุอัลฟาในดาวฤกษ์มักแสดงในรูปของลอการิทึมโดยนักดาราศาสตร์มักใช้สัญลักษณ์วงเล็บเหลี่ยม:

${\displaystyle \left[{\frac {\alpha }{\,{\ce {Fe}}\,}}\right]~\equiv ~\log _{10}{\left(\,{\frac {N_{\mathrm {E} \alpha }}{\,N_{{\ce {Fe}}}\,}}\,\right)_{\mathsf {Star}}}-\log _{10}{\left({\frac {N_{\mathrm {E} \alpha }}{\,N_{{\ce {Fe}}}\,}}\,\right)_{\mathsf {Sun}}}~,}$

โดยที่คือจำนวนธาตุอัลฟาต่อหน่วยปริมาตร และคือจำนวนนิวเคลียสของเหล็กต่อหน่วยปริมาตร ประเด็นที่ว่าธาตุใดควรถูกพิจารณาว่าเป็น "ธาตุอัลฟา" นั้น เกิดขึ้น จากการคำนวณจำนวนดังกล่าว แบบจำลอง วิวัฒนาการของกาแล็กซี เชิงทฤษฎี ทำนายว่า ในช่วงต้นของจักรวาล มีธาตุอัลฟามากกว่าเหล็ก ${\displaystyle \,N_{\mathrm {E} \alpha }\,}$${\displaystyle \,N_{{\ce {Fe}}}\,}$${\displaystyle \,N_{\mathrm {E} \alpha }\,}$

• แผนภาพ [α/Fe] เทียบกับ [Fe/H]
• ดาวฤกษ์ที่มีอัลฟาเพิ่มขึ้นและมีอายุผิดปกติ

• Mendel, J. Trevor; Proctor, Robert N.; Forbes, Duncan A. (21 สิงหาคม 2550) [31 พฤษภาคม 2550]. "อายุ ความเป็นโลหะ และ ความอุดมสมบูรณ์ของธาตุ อัลฟาของกระจุกดาวทรงกลมในกาแล็กซี จากแบบจำลองประชากรดาวเดี่ยว" . Monthly Notices of the Royal Astronomical Society . 379 (4) (เผยแพร่ 26 กรกฎาคม 2550): 1618– 1636. arXiv : 0705.4511v2 . doi : 10.1111/j.1365-2966.2007.12041.x .