硅燃烧过程在天体物理的核聚变反应序列中是非常短暂的过程,它发生在质量至少是8-11太阳质量的恒星。对恒星而言,硅燃烧是大质量恒星长期以来以核聚变供应能量的最后阶段,是燃料耗尽的生命终点,然后她们就将离开赫罗图上的主序带。它之前的几个阶段是氢、氦、碳、氖、和氧燃烧过程。

当引力收缩使恒星的核心温度升高到27至35亿K的高温时,确实的温度依据恒星的质量来决定,硅燃烧便开始了。当一颗恒星完成了硅燃烧阶段之后,已经不再有燃料可供融合。恒星将发生灾难式的坍塌,并且可能会爆炸成被称为II型的超新星。

核聚变序列和α过程

一颗恒星完成氧燃烧过程后,它核心的主要成分是硅和硫。如果它有足够的质量,它将会进一步的收缩,直到核心达到27至35亿K(230-300千电子伏特)。在这样的温度,硅和其它的元素可以光致蜕变,发射出一颗质子或是α粒子。硅燃烧引起的氦核作用会将α粒子(相当于一个氦原子核,两个质子加上两个中子)添加进原子核内创造出新的元素按以下的顺序进行每个步骤:

硅–28 → 硫–32 → 氩–36 → 钙–40 → 钛–44 → 铬–48 → 铁–52 → 镍–56

整个硅燃烧的序列大约只持续了一天,当镍-56产生时就停止了。这颗恒星不再经由核聚变释放出能量,因为具有56个核子的原子核中的每个核子(不分质子和中子)在所有元素中具有最低的质量。虽然铁-58和镍-62的每个核子比铁-56具有稍高的丛缚能,但在α过程的下一步是锌-60,每个核子的质量以有微量的增加,因此在热力学上是不利的。镍-56(有28个质子)的半衰期为6.02天,以β成为钴-56(有27个质子),再以77.3天的半衰期蜕变成为铁-56(有26个质子),但是在大质量恒星的核心内只有几分钟的时间可以让镍进行衰变。恒星已经耗尽核燃料,并且在几分钟内就开始收缩。引力收缩的位能会将核心加热至5GK(430KeV),虽然这会阻止和延迟收缩,然而因为没有额外的热能通过新的核聚变生成,收缩迅速的加快只维持几秒钟就坍塌了。恒星核心的部分不是被挤压成为中子星,就是因为质量够大而成为黑洞。恒星的外层被吹散,爆炸成为II型超新星,可以闪耀几天到几个月。超新星爆炸释放和喷发出大量的中子,其中大约有半数在一秒钟内通过称为r-过程(此处的R代表快速中子捕获)形成比铁更重的元素。

结合能(丛缚能)

结合能的曲线。主条目:结合能 § 核结合能和铁峰顶

下图显示出各种元素的结合能,结合能经由两种不同的途径增加:

  1. 它是从核心中移除核子所必须的能量。
  2. 当一个核子被加入核心时所释放出来的能量。

如图所示,当核子被加入像氢这样的轻元素时,能释放出极大的能量(结合能增加很多)-核聚变的过程。(所以质子-质子链反应能长期提供恒星能量);反过来,当核子被从像铀这样的重元素移出时,会释放出能量-核裂变的过程。在恒星,快速的核合成过程添加氦原子核(α粒子)形成较重的原子核。虽然核子数58和62有最低的结合能,但4个核子的加入导致镍-56(14个α粒子)产生的下一个元素 -锌-60(15个α粒子)- 时,实际上是消耗能量而不是释放能量。由于核子数为58和62的原子核有着最大的丛缚能,导致加入4个核子进入镍56产生下一个元素锌60时,实际上是消耗能量而不是释放能量。因此镍56是大质量恒星以核聚变能产生的最后一种元素。因此,镍-56是大质量恒星进行核聚变反应的最后产物。镍-56的衰变解释了在金属陨石和岩石行星的核心中有大量的铁-56。

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