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恒星聚变到铁就超新星爆炸了,那么比铁重的元素是怎么诞生的?

对于元素的由来十万个为什么中的源头,因为世界万物都源自与物质,而物质组成则是各种元素,本文来粗浅的探讨下元素的由来,从头到尾解决一下各位的疑问!本文将从区别元素的标准以及各个阶段都能诞生的元素和诞生的过程等三个角度来探讨。

区别元素的标准是什么?

氢氦锂铍硼、碳氮氧氟氖......这是各位都很熟悉的元素周期表,顺序则是从1开始依次加大,最终到自然界序号最高的92号铀元素!那么区隔元素类别的标准是什么?

就是原子核中的质子数,而中子数则是决定元素的同位素,当然也有原子核中没有中子的,比如只有一个质子的氢同位素氕,因此元素历程就是一个质子数增加的过程,这是无论在哪种阶段中都改变不了的一个事实,唯一的有差别就是过程!

宇宙诞生时产生的元素

宇宙中所有物质都来自与大爆炸,这从宇宙的膨胀与微波背景辐射以及原初元素的丰度可以推测出在宇宙的早期发生了一次物质的诞生过程,我们从元素的阶段开始:

从大爆炸产生到10^-6S时夸克和胶子已经低于相变温度下诞生,随之它们结合形成了质子和中子!

大爆炸三分钟后,温度降低,质子与质子以及和中子发生了第一次原初聚变,诞生了氢、氦以及微量锂原子核。

二十分钟时,温度降低到了远处核聚变温度以下,核聚变停止,宇宙中元素比例确定。

三十八万年时,原子核捕获电子,形成了原子,这就是最初物质的来历!

恒星阶段能产生的元素

从宇宙诞生的原初元素产生后,大爆炸的任务就完成了,未来的元素接力任务将有恒星接手,不同质量的恒星将会产生不同的元素,而产生元素的原料也就是大爆炸时代产生的氢元素!

  • 恒星产生元素的最初过程

质子链反应是恒星元素的最原始积累,原本科学家认为以太阳质量的恒星不会产生氕氕核聚变,因为质量不够高,温度足以克服库仑障壁,但伽莫夫计算得到了伽莫夫因子,得以解释了太阳的发光原因。

解决了这个问题之后,未来的恒星元素制造进入了快车道,质子链反应到了氕氘反应就快速多了,再往后的氦三和氦三反应只是一个时间和温度的问题!

  • 元素诞生的快车道

从氢元素到氦元素经历的时间是最久的,这也是恒星最美好的时光,我们将这个阶段称为主序星阶段,而从氦元素聚变开始,恒星则逐渐变得狂暴,元素的诞生也越来越快!而且只要恒星质量足够大,它的元素诞生顺序为如下流程:

氦4 → 铍8 → 碳12 → 氧16 → 氖20 → 镁24 → 硅28 → 硫32 → 氩36 → 钙40 → 钛44 → 铬48 → 铁52 → 镍56

恒星聚变能诞生的元素可以到达镍56哦,不过镍-56会衰变,经电子捕获而衰变成钴-56,最终衰变成铁-56,所以说恒星聚变到铁就停止了也没毛病,但我们要了解的是这个衰变过程:

镍-56的半衰期为6.02天,以β+衰变成为钴-56(半衰期77.3天)最终衰变为铁-56

但恒星自诞生铁核以来,它的寿命将以分钟计算,因此更严谨的形容是恒星可以诞生镍-56!但在此之后再无元素通过核聚变产生了!因为再无力量让更重的原子核通过聚变产生!

重元素诞生的慢车道和超级快车道

所谓的慢车道就是在恒星内部(包括红巨星)中原子核捕获中子,然后中子再衰变成质子,原子序数+1的过程,这就是慢中子捕获!这个过程可以持续发生,尽管这个效率很低,但红巨星阶段比较漫长,因此贡献了重元素比例的一半!

另一半重元素就只能在超新星爆发中产生了,这需要铁核元素为基底,在超新星爆发的中子流中捕获中子,产生衰变,诞生更重的元素。这就是所谓的快中子捕获!这个过程会产生黄金哦,各位可要留意了!

两者重元素生成原理是一致的,区别是中子的能级不一样!

另一种重元素诞生途径

这是中子星合并过程中诞生的,这是快中子捕获过程,原理一样,途径不一样,另外中子星物质被抛洒之后也会有衰变形成重元素的可能。大量的金子都来自中子星合并哦!

为什么自然界中难以存在比92号更高的元素

要理解这一点,我们得来理解下四大基本作用力中的强作用力和电磁力,前者是四种基本作用力中最强的,但有一种奇怪的特性,太远也不行,太近也不行,必须刚刚好。后者则没有那么多幺蛾子问题,可以无限叠加。

这将导致一个有趣的问题,质子数增加(元素序号增加)后需要中子来做个调剂,否则质子之间的库伦斥力过早的会导致原子核产生α衰变,原子核释放一个氦核心,形成质子数-2,原子序数-2的新元素。而到了92号元素后,中子数再增加也无济于事了,因为中子数的增加将会产生一个有趣的结果,中子多了也不稳定,某个中子会衰变,变成中子数-1而质子数+1,元素序号高一号的元素,但却会导致在库仑斥力下更是风雨飘渺!

这就是元素需要越高,原子核就越不稳定的原因,其实这也是核裂变的原理!

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