ベリリウム8

⁸Beは、極めて不安定なベリリウムの放射性同位体である。その半減期は(6.7±1.7)×10^-17秒である。同重体である他の核種と比較しても、例えば隣同士である⁸Liと⁸Bは、⁸Beより安定な事が予測されるが、さらに1つ飛んで、陽子2個に対し中性子が6個という中性子過剰核である⁸Heでも0.1秒以上の半減期を持つことからも、⁸Beは極めて不安定である事が分かる^{[注 1][注 2]}。なお、同重体の中では⁸Cは2.0×10^-21秒と、⁸Beより更に不安定であるが、これは⁸Cが中性子が2個なのに対して陽子6個という陽子過剰核であるからである^{[1][注 3]}。

⁸Beがこれほど不安定なのは、陽子と中性子がそれぞれ4個ずつという原子核の構造によるものである。これはすなわち2個の⁴Heによって構成されていることを示す。⁴Heは陽子と中性子がそれぞれ2個ずつであり、これは魔法数を二重で満たすために安定な魔法核となる。そのため、⁸Beはアルファ崩壊、すなわち2個の⁴Heに分裂することによって崩壊する^[1]。

なお、⁸Beの親核種には⁸Bと¹²Bがある。⁸Bは陽電子放出によって、¹²Bはその1.6%がアルファ崩壊とベータ崩壊が同時に起こって⁸Beに崩壊する。しかし、⁸Beが極めて不安定であるため、中間体である⁸Beを抜かし、直接複数の⁴Heに崩壊すると説明されることもある^[1]。

上記の通り⁸Beは極めて不安定な核種であるが、トリプルアルファ反応の中で重要な地位にある核種である。全ての恒星は核融合によってエネルギーを発生させている。しかしやがて核融合が行われている恒星中心部の水素が消費尽くされると、恒星の中心部が自己重力で収縮する。そして恒星の中心部の温度が1億K以上になると、陽子-陽子連鎖反応やCNOサイクルによって生成されたヘリウムが核融合を起こす。このとき、2個の⁴Heが核融合して生ずる⁸Beは、6.7×10^-17秒という短い半減期をもって再び2個の⁴Heにすぐ崩壊してしまう^[2]。

${\displaystyle {\ce {{^{4}_{2}{He}}+_{2}^{4}{He}<->_{4}^{8}{Be}}}}$

しかし、ヘリウム燃焼が起きている過程では、この短命核種である⁸Beが常にわずかながら生成されるため、2個の⁴Heと⁸Beの両反応が平衡状態となり、さらに1個の⁴Heが核融合して、安定同位体である¹²Cが形成される。そして¹²Cから更に重い元素が作られる^[2]。

${\displaystyle {\ce {{^{8}_{4}{Be}}+_{2}^{4}{He}->_{6}^{12}{C}}}}$

短命な中間体である⁸Beを除けば、3個の⁴He、すなわちアルファ粒子が核融合する反応と見なせるため、これをトリプルアルファ反応と呼ぶのである。しかし、直接3個のアルファ粒子が同時に核融合をする可能性は極めて低く、中間体である⁸Beも短命であるため、反応確率は非常に低い。ビッグバンでの元素合成では数分で核融合が可能な温度から下がったため、わずかに生成した⁸Beから炭素などのベリリウム以上の元素が作られることはなかった^[2]。