Processus S

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Le processus S (avec S pour slow, lent en anglais) est un processus de nucléosynthèse de capture de neutrons par des noyaux atomiques qui permet ainsi de produire des éléments lourds à partir d'éléments plus légers. Il se produit à des températures et des densités de neutrons moindre que celle nécessaire pour le processus R.

Le modèle stellaire actuel distingue trois branches du processus S. En effet, en comparant modèles et observations, on s’est aperçu que tous les éléments ne pouvaient pas être créé sur un même site, et qu’il était nécessaire d’introduire trois branches avec des températures et des densités de neutrons différentes, à savoir :

• Une branche dite faible, qui est responsable de la nucléosynthèse des noyaux ayant pour nombre de masse 56<A<88. Ce processus se trouve dans les étoiles massives supérieur à dix masses solaires.

• Une branche dite principale, qui est responsable de la nucléosynthèse des noyaux ayant pour nombre de masse 88<A<208. On trouve ce processus dans la couche d’hélium enveloppant le noyau des étoiles de faibles masses et de masses intermédiaires de la branche asymptotique des géantes rouges (étoiles AGB).

• Une branche dite forte, qui est responsable de la nucléosynthèse des noyaux de plomb 208 et du bismuth 209. En effet, ces deux éléments sont en fin de chaîne du processus S, et se désintègre par désintégration bêta ou alpha, qui en conséquence forme un cycle fermé permettant une accumulation de plomb 208.

Contrairement au processus R, dont on suppose qu'il se produit sur des échelles de temps de l'ordre de la seconde, le processus S se produirait sur des périodes de quelques milliers d'années. Ce qui laisse suffisamment de temps entre chaque capture de neutron pour que les neutrons puissent éventuellement se désintégrer en protons par désintégration β.

Le degré selon lequel le processus S produit des éléments de plus en plus lourd est déterminé par la production de fer par l'étoile en question. En effet le fer est la matière de départ pour cette méthode de synthèse de nouveaux éléments (capture de neutron - émission gamma - désintégration bêta). C'est pourquoi, les plus étoiles les plus massives avec une longue durée de vie sont les candidates les plus probables pour la production d'éléments par le processus S.

Le processus S est souvent traité mathématiquement en utilisant une approximation fournissant un modèle théorique de l'abondance des éléments basé sur l'hypothèse d'un flux constant de neutrons, de sorte que l'abondance relative des éléments est inversement proportionnelle au rapport des sections efficaces des isotopes considérés.

Comme on suppose que dans le processus S le flux de neutron est relativement faible (de l'ordre de 10⁵ à 10¹¹ neutrons par cm² par seconde), ce processus n'a pas la possibilité de produire des isotopes radioactifs lourds comme le thorium ou l'uranium.

Le cycle qui termine le processus S est le suivant:

	209Bi + n0	→	210Bi + γ
	210Bi	→	210Po + β-
	210Po	→	206Pb + α

Le Pb-206 capture alors 3 neutrons, ce qui produit l'isotope Pb-209 qui se désintègre en Bi-209 par désintégration bêta ce qui permet de continuer le cycle.