为何铁元素就无法再聚变了?
这个问题上我们必须要理解一个问题 , 那就是元素的
元素或者同位素不一样(元素序号差别或者原子核内质子+中子数差别) , 元素的比结合能也不一样 , 元素的比结合能如下图:
从这条曲线中我们可以看到几个信息:铁位于这条曲线的顶点 , 也就是说它的
另一个信息是位于左右两侧的元素向中间转变时都可以释放能量 , 但从曲线的陡峭程度来看 , 左边(聚变)要明显高于右边(裂变) , 这也是氢弹释放的能量远高于原子弹的主要原因之一 。
比铁重的元素是从哪里来的?上述过程大致描述了铁以前的元素是怎么来的 , 但现在地球那么多金银、铂以及更重的铀等元素到底是从哪来的?来源有两个 , 一个是慢中子捕获 , 另一个则是快中子捕获;
慢中子捕获过程
其实两个都是中子俘获过程 , 原理其实挺简单的 , 和各位了解到的中子嬗变是差不多的 , 即原子核遭遇中子撞击俘获后有两个过程 , 一个是变成该种元素的同位素 , 另一个是如果同位素不稳定 , 中子会经历一个β-衰变而变成一颗质子 , 此时的元素序号会+1 , 这就是产出了原来元素更重的元素 , 这就是S-过程 。
S-过程在Ag到Sb的范围内的行为 。慢中子捕获的元素序号并不是无限的 , 它有一个上限 , 不是它无法再捕获更多的中子 , 而是会陷入一个死循环:
所以慢中子捕获会有一个上限 , 它的终点就是铋 , 接下来的元素需要快中子捕获来创造了 。
快中子捕获过程
快中子捕获是在核坍缩的超新星爆发过程中产生的 , 它需要以铁为种核进行连续的快中子捕获过程 , 也称为R-过程 , 其原理和S-过程差不多 , 但根据量子力学和壳层模型 , 原子核经放射性衰变成为同位素时 , 会在接近中子滴线处关闭中子壳层 。
因此更高序号的元素必须由快中子捕获来创造 , 因为超新星爆发时会产生极高的中子通量 , 中子捕获的速度远比β衰变要来
R-过程在中子通量减少后 , 那些不稳定的元素会开始衰变而形成稳定的元素 , 此时的元素序号就不是+1了 , 可能是+n , 金银铂或者放射性铀元素就是在这个过程中产生的 。
S-过程和R-过程创造的比铁重的元素各占半 , 但R-过程能创造更高序列的重元素 , S-过程会在红巨星的几十万年甚至百万年乃至更久的时间内发生 , 它有的是时间 , 而R-过程则会只有短短数秒 , 因为超新星爆发过程本来就不长 , 留给R-过程的时间并不多 , 但它速度很快 。
【为何恒星聚变到铁就停止了?宇宙中比铁重的元素又是哪来的?】另一种R-过程会在中子星合并过程中发生 , 当然前提是中子星没有合并成黑洞 , 要不然这黑洞把合并过程中合成的又给吸进去了 , 这都不知道是啥物质了 , 或者叫黑洞物质更合适 。
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