Πώς δημιουργούνται νέα στοιχεία μέσω πρόσληψης νετρονίων;

Οι αστέρες είναι εργοστάσια παραγωγής νέων στοιχείων, καθώς η πυρηνική σύντηξη που γίνεται στο εσωτερικό τους συνεχώς ενώνει μικρότερους πυρήνες σε μεγαλύτερους (κυρίως υδρογόνο σε ήλιο, όπως στον δικό μας Ήλιο). Όσο οι συνθήκες πίεσης και θερμοκρασίας γίνονται πιο ακραίες, σε μεγαλύτερους αστέρες ή σε βίαιες περιόδους στα τελικά στάδια της ζωής τους, μπορούν να δημιουργούνται όλο και βαρύτερα στοιχεία με πιο πολύπλοκες διαδικασίες, όπως η διαδικασία άλφα  ή ο κύκλος CNO. Όταν πια υπάρχουν αρκετοί μεγάλοι πυρήνες και αρκετά ελεύθερα νετρόνια, που παράγονται από κάποιες διαδικασίες όπως πχ. κατά τη παραγωγή οξυγόνου, τότε τα νετρόνια μπορεί να προσλαμβάνονται από πυρήνες, αυξάνοντας τη μάζα τους. Αν αυτοί γίνουν, κατά αυτόν τον τρόπο, ασταθείς, τότε το επιπλέον νετρόνιο μετατρέπεται σε πρωτόνιο, εκλύοντας ένα ηλεκτρόνιο, και οι πυρήνες αυξάνουν τον ατομικό αριθμό τους. Με άλλα λόγια, μετατρέπονται στο αμέσως βαρύτερο στοιχείο (Εικόνα 1).

Αυτό μπορεί να γίνει με δύο τρόπους, ανάλογα με την πυκνότητα των νετρονίων. Είτε αργά, είτε γρήγορα. Με τον αργό τρόπο, που ονομάζεται s-process (s από slow, αργή), οι πυρήνες προσλαμβάνουν ένα νετρόνιο σε τυπική χρονική κλίμακα δεκαετιών. Έτσι μπορούν να ανεβαίνουν ατομικό αριθμό σιγά σιγά, όσο οι συνθήκες το επιτρέπουν. Αν αυτές δεν διαρκούν για αρκετό χρονικό διάστημα, η s-process δε θα προλάβει να εξελίξει τους πυρήνες σε αρκετά μεγάλη μάζα. Ακόμα και έτσι, υπάρχει ένα άνω όριο στην εξέλιξη των πυρήνων μέσω του μηχανισμού αυτού, ως το μόλυβδο και το βισμούθιο. Πέρα από αυτά, τα στοιχεία διασπώνται όχι μόνο με έκλυση ενός ηλεκτρονίου (διάσπαση-β) αλλά και με έκλυση ενός ολόκληρου πυρήνα ηλίου (διάσπαση-α). Επομένως, με την αργή διαδικασία οι μεγαλύτεροι πυρήνες χάνουν μάζα γρηγορότερα από ότι μπορούν να την κερδίσουν.

Εκεί αναλαμβάνει τη σκυτάλη η γρήγορη διαδικασία ή r-process (r από rapid, γοργή). Όταν οι πυρήνες λαμβάνουν νετρόνια καταιγιστικά, αυξάνουν τη μάζα τους γρηγορότερα από τις διασπάσεις τους. Μπορεί να λάβουν δεκάδες νετρόνια προτού να αρχίσουν να διασπώνται, και έτσι να καταλήξουν σε βαριά στοιχεία που είναι μεν ραδιενεργά, αλλά με μεγάλους χρόνους ημιζωής, οπότε μπορούν να διαχυθούν στο Σύμπαν. Το βαρύτερο στοιχείο που δημιουργείται κατά αυτό το τρόπο είναι το πλουτώνιο, αν και αυτό έχει σχετικά μικρούς χρόνους ημιζωής, οπότε πρακτικά το βαρύτερο στοιχείο που βρίσκουμε στη Γη είναι το ουράνιο.