恒星核聚变到铁元素为何就停止了?比铁更重的元素是如何产生的?

2022年08月15日15:09:25 科学 1459

铁元素之后其实仍然能进行聚变,只不过聚变的过程不再释放能量,反而会吸收能量。所以我们通常会说“恒星核聚变到铁元素就停止了”,毕竟我们通常会认为核聚变应该释放能量。

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为什么比铁更重要的元素聚变的时候会吸收能量,而不是释放能量呢?

因为铁元素最稳定,专业术语就是:铁元素的比结合能最高。

何为比结合能?先了解下结合能的概念。

原子核中子质子等核子组成,强核力把核子结合在一起,而要把核子分开,需要强大的能量,这种能量就是结合能。

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原子核的核子数越多,结合能就越高。而比结合能其实就是“平均结合能”,结合能总量除以核子数,就是比结合能。比结合能越高,元素就越稳定,而铁元素的比结合能是最高的,所以铁元素最稳定。

也正是因为铁元素最稳定,所以想要往铁原子里塞进更多的核子就会非常困难,消耗更多的能量才行。

下面来说说,为什么聚变吸收能量时,恒星核聚变就无法进行下去了呢?

恒星之所以能进行稳定的核聚变,是因为两种力量的平衡:核聚变产生的外推力,还有自身质量带来的向内的引力,两种力量平衡,恒星才能持续稳定。

最开始是氢元素聚变(需要恒星核心的高温高压提供能量),成为更重的氦元素,这个过程会释放能量,释放出来的能量为接下来的聚变提供能量继续核聚变,就这样不断循环。

但是,当核聚变到铁元素时,不但不再释放能量了,反而会吸收能量,如此一来核聚变就进行不下去了,结果就是两种力量的平衡被打破,引力彻底占据上风,恒星物质开始急剧向内坍缩,大质量恒星就会引发超新星爆发

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超新星爆发瞬间会释放出超级能量,仅次于宇宙大爆炸的能量,短短几秒钟比太阳100亿年释放出来的总能量还多数百倍!

超新星爆发产生的巨大能量就像一个超级熔炉,足以让铁元素继续聚变下去。

我们应该感谢超新星爆发,因为我们今天看到的金银首饰等重金属,基本都是超新星爆发后的产物。

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