kernesyntese
Kernesyntese er en sammensmeltning (fusion) af lette atomkerner til tungere kerner, hvor der samtidig frigives energi. Denne proces forekommer forskellige steder i astrofysikken, fx producerer stjerner energi gennem kernesyntese.
Atomkerner består af protoner og neutroner, og er på grund af den stærke kernevekselvirkning bundne på trods af den frastødende elektromagnetiske kraft imellem de positivt ladede protoner i kernen.
Generelt er det sådan, at bindingsenergien per nukleon, \( B \), vokser, når atomkerner bliver tungere. Det vil sige, at der for eksempel vindes energi ved fusion af brintkerner til helium. \( B \) vokser generelt med kernens atomnummer, \( Z \), indtil \( Z = 26 \), som svarer til jern. Herefter vil det modsatte ske: Bindingsenergien per nukleon aftager med voksende atomnummer.
Dette muliggør energiudvinding ved spaltning (fission) af tungere atomkerner. Kernesyntese betegner som oftest fusion af lette kerner til tungere, en proces som forekommer en lang række forskellige steder i astrofysikken.
Stjerner producerer til stadighed energi gennem fusion. For stjerner på hovedserien (eksempelvis Solen) sker energiproduktion gennem processen, \( 4 {\rm H} \to ^4 {\rm He} + 2 e^+ + 2 \nu_e \), der netto konverterer fire brintkerner til en heliumkerne samt to positroner og to neutrinoer. I senere stadier af stjerners udvikling vil fusion af tungere grundstoffer også forekommer og derigennem danne eksempelvis carbon og ilt.
Grundstoffer tungere end jern kan i de fleste tilfælde ikke dannes i stjerner, fordi de nødvendige processer forbruger energi. I supernovaer, hvor en kernen af en tung stjerne kollapser til en neutronstjerne, mens den ydre del slynges bort, er den type processer dog mulige, fordi de foregår i et miljø med meget stor tæthed af neutroner.
I det tidlige univers foregår fusionsprocesser også, så længe Universets temperatur overstiger ca. 100 mio. grader (i de første ca. 10 minutter af universets levetid). I denne proces omdannes omtrent 25 procent af Universets oprindelige indhold af brint til helium, samt ganske små mængder af eksempelvis lithium.
Endelig kan det bemærkes, at kernesyntese også danner grundlaget for brintbomber og kontrolleret fusion.