Der p-Prozess ist neben dem r-Prozess und dem s-Prozess diejenige Kernreaktion, die für die Existenz von Metallen (Astrophysikerjargon: chemische Elemente schwerer als Helium) in der Natur verantwortlich ist.

Ursprung der p-Kerne

Der p-Prozess wurde von Burbidge, Fowler & Hoyle 1957 postuliert, weil man einige Kerne mit sehr geringer Isotopenhäufigkeit identifizierte, die weder durch den s-Prozess, noch durch r-Prozess entstanden sein konnten. Auf der Nuklidkarte sind dies 32 stabile Kerne, die sehr protonenreich sind und p-Kerne genannt werden. Die p-Kerne entstehen nicht durch Neutronen-, sondern durch Protoneneinfang. Im Speziellen sind es 32 stabile Nuklide zwischen den Elementen Selen (Se-74) und Quecksilber (Hg-196). Sie entstehen aus zuvor in s- und r-Prozessen gebildeten Kernen.

Extrem heiß muss es sein

Die erforderlichen Temperaturen sind sehr hoch, damit der p-Prozess abläuft, etwa eine Milliarde Kelvin. Dieses Milieu wird in Supernovae Typ II erzeugt, wenn die auslaufende Schockfront das Sternplasma stark aufheizt. Anschaulich führen die hohen Plasmatemperaturen zu hohen mittleren Geschwindigkeiten der Protonen, die nötig sind, um den abstoßenden Coulomb-Wall des Einfangkerns zu überwinden (vergleiche aber auch Tunneleffekt). Mit dem Protoneneinfang ist die Emission von Gammaquanten (hochenergetischen Photonen aus dem Atomkern) verbunden. Diese können ihrerseits von den Kernen reabsorbiert werden und zur Emission von Protonen führen. Es stellt sich ein Gleichgewicht zwischen Hin- und Rückreaktion ein. In diesem Photonenbad hat auch der Mechanismus der Photodisintegration eine Relevanz. Hierbei werden die Gammaphotonen von den Kernen absorbiert und enden in unterschiedlichen Zerfällen zu Fragmenten (Kerne und Nukleonen).

p-Prozess ist selten

Die protonenübersättigten Kerne zerfallen bei tieferen Temperaturen über β⁺-Zerfall in protonenärmere Kerne bis sie das Stabilitätstal erreichen (Gamma-Prozess). So bewirkt der p-Prozess, dass für den s- und r-Prozess unerreichbare stabile Kerne doch gebildet werden können. Wie die geringe Isotopenhäufigkeit der p-Kerne verrät, ist der p-Prozess relativ selten in der Natur und funktioniert nur unter den beschriebenen, kurzzeitig vorherrschenden Bedingungen in Supernovae.

Empfohlene Literatur

• Forschungszentrum Karlsruhe, Institut für Kernphysik, Arbeitsgruppe Nukleare Astrophysik