为什么核聚变到产生铁元素时就停止了?
这个涉及的能量的释放和吸收问题 。以铁原子为界限,原子序数小于铁的核聚变是释放能量的,此时的核聚变称为氢核聚变,也称为热核聚变 。恒星释放光热能量,发生的就是可控热核聚变 。
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而大于等于铁核聚变的核聚变是吸热的,属于重核聚变 。在恒星星核内,氢核聚变的末期,已经产生了很多的重核(铁核),这个时候下,可反应的氢核数量较少,释放的核能量也较少 。或许这时候释放的能量可以支持少量的重核发生核聚变,但是随着氢核的完全反应,已经没有能量支持重核反应了 。所以,恒星的核反应也就聚变到铁核为止 。当然了,这个过程中还是有少部分比铁核重的元素形成,要不宇宙中怎么会有铁核以上的元素呢?
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当然,更重的元素,就需要极端的天体事件才能形成 。例如金元素,据猜测就是在中子星合并已经超新星爆炸的时候产生的,因为只有这种极端环境下,才有足够能量和压力,支持重核聚变产生重金属元素 。
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恒星能够源源不断地放出热量是因为发生了自持式聚变反应,敲黑板,重点是自持式,这才是考点 。
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图释:上图为我国合肥等离子所的“人造太阳”超导托卡马克实验装置
在我国的超导托卡马克实验装置东方超环(EAST)实现持续放电101.2秒,这个已经是世界最长的记录了,此前的记录是60秒,就是因为反应不能自持下去,或者说外界输入的能量大于核聚变输出的能量,铁的聚变即是如此 。
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铁也可以发生聚变反应,当能量和压力满足聚变反应的条件,铁仍然可以发生聚变反应,只是因为铁的平均结合能是目前发现得元素当中最大的,维持铁核聚变反应消耗的能量要大于铁核聚变反应放出的能量,即铁不能发生自持式聚变反应 。
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图释:上图为元素的比结合能曲线,从图中可看出铁的比结合能是最大的,即将铁核分散成单个核子所需要的平能能量是最大的 。
当铁核聚变将恒星储存的能量消耗殆尽之后,维持聚变的高温环境将不在,恒星便不能再继续发生聚变 。
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谢邀 。恒星核聚变到铁元素就进行不下去了,其根本原因还是恒星的质量太小了,铁元素的形成是行星形成内核的关键,我们以太阳系中的太阳为例子;再经过50亿年,太阳中的氢元素被消耗完,其内核慢慢地从氢变成氦,这是开始燃烧氦元素,同时其尺寸将膨胀达到火星轨道,变成一颗红巨星,如果连氦元素也燃烧完了,那么恒星的外层就开始消散,只留下内核本身,从而变成和地球一样大的白矮星 。
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1:由于质量不够大,白矮星内部只能产生元素周期表中铁以前的元素,这时太阳就成了宇宙中的一颗死星 。现在开始扩大质量,如果恒星的质量是太阳的40倍或更高,那么以上的过程就会更加迅速,此时恒星叫做超红巨星,恒星内部自然可以产生铁元素以前的元素,并且是一颗混合星,但是当产生元素的进程到达铁元素时,熔合过程不能产生大量能量,经过几十亿年后这个巨大的核熔炉就会关闭;
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2:但此时的恒星质量还是非常大,在巨大的引力下,恒星内部开始坍缩,电子将倍被压进原子核,这时恒星的密度是水密度的4000亿倍,温度将达到万亿度,由此恒星开始爆炸形成超新星,巨大的热量将合成铁以后的重元素,这就是重金属元素的形成过程 。
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【为什么核聚变到产生铁元素时就停止了?】在这里我们可以想到,地球上有大量的铁矿石,在地球形成之前,就有一颗已经死亡了的超新星,其抛出的陨石碎片内含有铁矿石,然后被太阳的引力俘获形成今天的地球 。所以,地球上的重金属元素基本都是死亡的恒星合成的,只有当恒星的引力大到可以将电子压入原子核时,恒星的核聚变进程才能持续到铁以后的元素 。
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