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無論各位信還是不信,宇宙的元素除了氫元素、氦元素以及鋰元素之外,其他都是恒星在演變的各個階段中形成的,所以在小學的課外讀物中您也會看到“恒星大工廠”這個說法,而事實上一點都沒有錯,幾乎所有的元素,都是由恒星制造出來的! 宇宙誕生時形成的幾種元素,氘元素即氫的同位素,它屬于氫元素!不同質(zhì)量的恒星能形成的重元素階段是不一樣的,因為核聚變時,氫元素以后的元素,結(jié)合時要求的溫度也越高,低質(zhì)量的恒星無法達到如此高溫,那么只能由能超新星爆發(fā)的大質(zhì)量恒星形成! 但無論多大質(zhì)量的恒星,其內(nèi)核有多高的溫度,但在恒星階段到鐵-56就停止了,因為鐵-56是最穩(wěn)定的元素,而此時的恒星結(jié)構(gòu)非常奇特,有內(nèi)而外形成了洋蔥結(jié)構(gòu)的多層元素結(jié)構(gòu)!但此時的恒星結(jié)構(gòu)是非常不穩(wěn)定的,自由中子也會在其他元素捕獲而形成更重的元素,但所占比例并不高! 鐵-56之前的元素在核聚變時都能釋放能量,而鐵-56之后的元素,如果要讓其聚變成更重的元素時需要吸收大量能量才能形成! 上圖是元素的比結(jié)合能曲線圖,可以看到鐵-56在峰值處,結(jié)合能是將原子核中的質(zhì)子與中子分開的能量,比結(jié)合能是結(jié)合能與核子數(shù)的比值,越高表示這種元素越穩(wěn)定! 但此時恒星的內(nèi)核已經(jīng)無法再聚變,早期膨脹出去的外殼在失去輻射壓支撐后,將在巨大的壓力下快速向內(nèi)核坍縮,其巨大的撞擊能量將直接導致恒星超新星爆發(fā),而這些巨大的能量將給予了重元素形成足夠的條件!但超新星爆發(fā)并不是重元素的最主要來源,而在中子星合并才是重元素甚至超重元素的最主要來源! 前面我們說到了在恒星演化末期,極不穩(wěn)定的恒星內(nèi)核中,鐵-56捕獲中子形成更重的元素以及超新星爆發(fā)形成重元素,那么我們再來簡單說一下這個形成過程,這個分為兩種情況,第一是恒星演化末期的慢中子捕獲生成重元素,另一種是超新星爆發(fā)時形成重元素。 一、慢中子捕獲形成重元素; 慢中子俘獲過程也稱為S-過程,發(fā)生在恒星演化末期超高溫內(nèi)核中,此時中子會被鐵-56俘獲形成鐵-57,之后鐵-57釋放一個高能電子形成鈷-57,而鈷則繼續(xù)通過慢中子俘獲過程形成更重的元素! S-過程在Ag到Sb的范圍內(nèi)的流程。 二、快中子捕獲形成重元素; 快中子俘獲過程發(fā)生恒星的超新星爆發(fā)階段,被稱為R-過程,鐵-56元素進行連續(xù)的快中子捕獲生成重元素,快中子捕獲形成的重元素占恒星形成的重元素一半以上! 無論是哪種過程,鐵-56都是最原始的種元素,重元素都是以鐵為種元素的中子捕獲過程中生成! R-過程 而另一個重元素形成的過程中子星合并則是中子星結(jié)構(gòu)崩潰后中子衰變成質(zhì)子、電子、反中微子和光子,在中子星合并的強大能量中質(zhì)子與中子生成大量重元素!另中子星外圍也存在大量的鐵元素(因為并不是整顆中子星都是中子星物質(zhì)),這個過程與S-過程和R-過程一致! 元素的形成,只要條件合適瞬間即可完成! 但關(guān)鍵就是這個條件,即使是創(chuàng)造最為容易的元素氦,人類為實現(xiàn)這個條件已經(jīng)花費了數(shù)百億美元,但到現(xiàn)在為止還不能穩(wěn)定的生產(chǎn)氦元素,當然這是廢話,因為我們要的并不是氦,而是在這個過程中釋放的巨大能量!現(xiàn)在能夠做到并大量應(yīng)用的僅僅只有裂變,這種捕獲一個自由中子后的原子核分裂行為也會產(chǎn)生大量的能量,缺點是質(zhì)量虧損低(約0.093%左右,聚變?yōu)?.7%左右),還有巨大的放射性污染,還會產(chǎn)生核廢料! 革命尚未成功,通知仍需努力,繼續(xù)奮斗吧騷年! |
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