核聚變到鐵就停了,那鐵之後的元素是怎麼來的

2022-04-11 15:45:31 字數 5923 閱讀 8840

1樓:黑

不是不能聚變,而是這個跟反應條件有關,條件達不到就聚不了了。

核聚變到鐵

通常理解的核聚變到鐵元素為止,說的是在一般恆星內發生的核聚變到鐵為止。因為恆星一般都遵循如下核聚變順序:氫核聚變-->變成氦核,氦核聚變為碳元素和氧元素,碳元素再聚變為原子序數更大的元素,之後這些元素再次聚變,知道聚變為鐵元素為止。

之所以到鐵元素停止,是因為鐵元素想要聚變,需要的溫度和壓力都是超高的,恆星沒有發生超新星**之前是無法提供的。所以,恆星中元素聚變也就到鐵為止了。

上圖是一張恆星內元素聚變的順序和需要的溫度,可見到鐵元素時溫度就需要30億度了。可能大家對於30億度沒有概念,這個溫度是宇宙大**之後10秒時的溫度。所以說,恆星無法滿足這個溫度,鐵元素就無法再進行聚變了。

其他元素的**

重元素中鐵原子以上到銀原子還可發生聚變,但該部分聚變不釋放能量反而吸能;銀原子既不聚變也不裂變。所以說,恆星內的一般聚變反應無法產生重元素。

1)相對較輕的元素由早期的超新星爆發製造,星爆能量可以使元素聚合為鐵以上的重元素;

2)多數高原子序數的元素需要極高能量才能產生,特別是放射性物質在我們可觀測到的宇宙中沒有能夠提供如此高能量的情形,所以應當是在創世大**後短期高溫高壓時才能形成。

2樓:李曉瑩說影視

核聚變到鐵就停止了,那麼宇宙裡比鐵要重的元素都是怎麼堆出來的?

核聚變到鐵就停止了,元素週期表中鐵之後的元素都是咋來的?

恆星核聚變反應到鐵元素就停止了,那鐵之後的元素是怎麼形成的?

3樓:鍾銘聊科學

按照目前的主流科學理論,宇宙起源於138億年前的一次大**。宇宙大**之後,宇宙在很短時間內,從無到有生成了基本粒子。這裡不完全是「無」,而是「電磁波」,高能的電磁波也會像正反粒子那樣發生湮滅,進而生成粒子,只不過這裡的條件極其苛刻,環境溫度都需要達到幾十億度,甚至上百億度。

在宇宙大**之後38萬年,宇宙中的原子結構得以形成。此時,宇宙中主要的基本原子是氫原子和氦原子,氫元素和氦元素是元素週期表上最靠前的兩個元素。

至於元素週期表上其他的元素到底是咋來呢?

從氫元素一直到鐵元素,實際上都是從恆星的核聚變反應中來得,那麼問題來了,比鐵元素原子序數更大的元素是咋來的呢?

恆星:元素煉丹爐要了解這個問題,我們首先還是要從「恆星如何製造元素」入手。恆星被認為是宇宙的頂塔,宇宙中的光主要是由恆星發出來的。

恆星會發光的原因是恆星的核心會發生核聚變反應,而恆星聚變反應的同時就是在製造原子序數更大的元素,那具體是咋回事呢?

恆星的個頭實際上都非常大,質量也很大,就拿太陽系的情況來說,太陽就佔據整個太陽系總質量的99.86%,是地球質量的33萬倍。地球等類地行星在太陽系中都很渺小,幾乎可以忽略不計的存在。

而按照目前理論預言的情況來看,成為一顆恆星的門檻至少是太陽質量的8%以上。

恆星由於自身質量巨大,物質總量很大,所以它們的引力也非常大,這就會擠壓自身內部的物質,使得溫度急劇上升,達到上千萬度,這個溫度一般來說是達不到引發核聚變反應的。只不過在微觀世界中,存在著隧穿效應,意思是說,即便是需要很多的能量才能發生的反應,但反應條件不夠,在微觀世界中也有很小的概率會發生。

由於恆星都很大,粒子數足夠多,所以再小的概率,在這個基數面前都可以發生,這才使得恆星可以發生核聚變反應。不過,這個過程因為是依靠量子隧穿效應,所以會很緩慢。恆星核心的核反應主要是4個氫原子核反應生成1個氦原子核,這就實現了煉出原子序數更大原子的目標。

當太陽核心中的氫原子核都消耗完後,只要質量足夠大,就可以繼續觸發下一個階段的反應,這個反應是氦原子核核聚變反應生成碳原子核和氧原子核。

同樣的,只要是質量足夠大,就可以繼續觸發,一直到鐵原子核。此時的恆星就像洋蔥一樣,各層都在進行著不同的反應,那為什麼鐵原子核會是一個里程碑呢?

超新星**這是因為鐵原子核是最穩定的原子核,也被叫做比結合能或者平均結合能最大,意思是說你要掰開一個鐵原子核所需要的能量是最大的。

要使得鐵原子核發生核聚變反應就需要輸入特別巨大的能量,同時這個核聚變反應產生的能量很少,說白了就是賠本的買賣。

雖然需要的能量很大,但只要恆星的質量足夠大,還是可以促發這個反應的。於是,恆星就會發生超新星**。

在超新星**過程中,就會合成很多比鐵元素原子序數更大的原子核。

中子星合併不過,科學家發現,鐵元素之後的元素並不完全都是超新星**得來的,比如:金元素和銀元素就只有極少的一部分是依靠超新星**。那它們又是通過什麼辦法得來的呢?

恆星超新星**之後,會留下一個核心,這個核心的質量如果大於1.44倍太陽質量,小於3倍太陽質量就會形成一箇中子星。如果質量大於3倍太陽質量,就會形成黑洞。

中子星和黑洞都是宇宙中極其緻密的天體,脾氣都很暴躁,一般的天體遭遇到它們就會被它們吃掉。科學家就發現,如果兩個中子星遭遇,並且發生合併。在這個過程中,也會產生很多原子序數很大的元素,比如:

金元素和銀元素主要就是依靠中子星合併。

總結按照目前的科學理論,氫元素和一部分的氦元素與宇宙同齡,而鐵元素之前的元素大多都是依靠恆星核聚變反應。原子序數比鐵元素大的元素主要依靠超新星**和中子星合併。

這裡要補充一句,目前我們只在自然界中發現了前98號元素,而從99號元素開始,實際上都是科學家在實驗室裡合成的。

4樓:尼多娜科普

很多國家都把核聚變用來發電,什麼是核聚變呢?今天算長見識了

5樓:遠在遠方的風在遠方

是核裂變形成的,鐵原子裂變不斷丟失質子形成其他元素。

6樓:adhas獅子

恆星的核聚變都是由氫原子開始,隨著溫度和壓力的升高,氦碳氧氖鐵原子也可以發生核聚變。

鐵元素以後得元素是在超新星大爆發和中子星合併時才可以形成。

7樓:來戰小生

鐵之後的元素是在長期的演化過程中,元素衰變,質子數減少而產生其他新生元素

8樓:雨柔

錯了,還在延伸錯誤。太陽的發光發熱不是核聚變,而是引力聚焦使然。這是最令人信服的哥白尼式革命。可與日心說有一拼。

9樓:zhong紫雨月悅

恆星超新星**之後,由於不同的環境、因素影響,導致鐵元素的誕生

核聚變到鐵元素之後就停止了,那宇宙中其他元素是怎麼來的?

10樓:水至清清

各種各樣的原因導致其他元素的產生。

按照主流理論,宇宙起源大**。有3個證據。哈勃發現星系紅移,宇宙微波背景輻射中的氫和部分氦是在宇宙早期形成,氫佔到了宇宙總量70%,剩餘的都是氦;宇宙大**2億歲,宇宙產生恆星,恆星時至今日是宇宙主流。

同樣,引力足夠大,繼續引發核聚變。尤其是特大質量的恆星,核反應可以一直到鐵,核心溫度太高,恆星外圍發生核聚變,每層都存在差異,就像生活中的洋蔥一樣。可能就有疑了,為什麼到鐵原子核?

而不是其他元素的原子核?

從原子核來看,鐵原子核是元素中最穩定的狀態,也叫做比結合能最大的。原子序數在鐵元素之前的元素都有發生聚變的可能,發生核聚變產生能量;原子序數小於的有裂變的可能,發生核裂變產生能量。

鐵是元素中比較奇葩的一種元素,鐵原子核核聚變需要的能量比後產生的能量要多的多,入不敷出,賠本買賣。因此,鐵原子核發生核聚變是比其他元素髮生核聚變是要困難的多的。難,不是不能發生,引力足夠大,還是可以的。

核聚變反應到鐵就停了,比鐵重的元素怎麼來的?

11樓:小顏愛遊戲

宇宙中高於鐵的元素,可以是大質量恆星在演化末期,通過中子俘獲過程形成;或者在雙中子星合併事件中,也能大量形成。

我們地球上的元素非常豐富,從1號氫元素到92號鈾元素都有,鈾是自然界中大量存在的最重元素;大於92號的叫做超鈾元素,只有幾種在自然界中微量存在,其餘都是人工合成的,超鈾元素的半衰期一般都很短。

如果瞭解一點天文學知識,就會知道恆星是一個元素加工廠,可以把宇宙中的氫元素進行核聚變,然後生成各種各樣的元素。

比如在恆星內部,氫元素聚變生成氦元素,並釋放大量能量;然後氦元素又聚變,生成碳元素和氧元素;碳元素的聚變,又可以生成氖、鈉、鎂、鋁元素。

但是這樣的聚變,在恆星內部到鐵元素就終止了,比如矽元素聚變生成鐵-56,然後鐵-56無法繼續進行聚變;那麼高於鐵的其他元素,又是如何來的呢?

我們知道,氫彈是氫的同位素聚變,原子彈是鈾或者鈽裂變,兩個核反應都是釋放能量,這與原子核的「比結合能」有關。

結合能表示把原子核中的核子(質子和中子)完全分開,所需要提供的能量;但是我們不關心結合能,而是關心結合能與核子數量的比值,叫做比結合能。

比結合能越大,表示原子核越穩定,鐵-56的比結合能是所有原子中最大的,所以鐵-56是最穩定的原子,比鐵更高的元素叫做超重元素,看來大家說「老鐵」是有原因的(暗笑)!

對以上原理有了一些瞭解後,我們再來看宇宙中元素的形成原理;所有恆星在剛形成時,都會進行氫元素的聚變反應,氕核先聚變為氘核,再經過多步聚變後,產物主要是氦-4:

(1)對於小質量恆星,比如小於0.8個太陽質量的紅矮星,就只能聚變到氦了,因為這種恆星的質量太小,內部溫度不夠高,氦元素的聚變反應無法點燃。

(2)像太陽這樣的恆星,在氫元素燃燒完後,引力作用會臨時壓過核聚變釋放的能量,然後恆星外層發生收縮,使得核心溫度急劇升高,就會點燃氦元素;氦的聚變非常快,並釋放大量能量把恆星外層大氣吹走,也就是氦閃,在《流浪地球》中就是假設太陽即將發生這種情況。

(3)太陽在演化末期只能聚變到碳、氧元素,比太陽質量更大的恆星,聚變反應可以到矽元素。

(4)對於大質量恆星(約10倍太陽質量),一直可以聚變到鐵元素,然後聚變反應就終止了,因為鐵的結合能是最高的。

鐵-56原子有26個質子和30箇中子,要使鐵變為更重的元素,就需要繼續往鐵原子中塞入質子,原子核由強力把質子和中子綁在一起,但是強力是短程力,只在10^-15米尺度生效。

雖然強力是庫侖力的100倍,但是庫侖力是長程力,原子核帶正電荷,這時候要把質子塞進鐵原子核是非常困難的,因為質子和鐵原子核會相互排斥。

由於庫倫勢壘太高,超重元素無法在恆星內部通過質子俘獲、或者α粒子俘獲的方式形成;而且鐵-56進行質子俘獲的平均時間,已經遠遠高於了恆星的壽命,於是在恆星內部,只能通過中子俘獲的方式獲得超重元素。

由於中子不帶電,所以中子比質子更容易接近原子核,中子被原子核中強力抓住的過程,叫做中子俘獲,中子俘獲又分為慢中子俘獲過程(s過程)和快中子俘獲過程(r過程)

大質量恆星在演化末期(紅超巨星),恆星內部聚集了許多鐵元素,也存在密度很高的中子流(可達每立方厘米10^8個);於是鐵-56俘獲一箇中子變為鐵-57,然後鐵-57的原子核發生β衰變(釋放一個高能電子),生成比鐵高一號的27號元素鈷 ,也就是co-57,然後co-57繼續通過中子俘獲過程,生成更重的元素。

慢中子所處溫度低,中子俘獲過程時間長,如果生成物的半衰期太短,生成物就會在下一次還沒俘獲中子前發生衰變,所以慢中子俘獲過程只能生成一小部分超重元素;而快中子的俘獲過程時間短,可以生成大量的超重元素。

大質量恆星在超新星爆發時,能達到100億度以上的溫度,此時快中子密度極高(可達每立方厘米10^23個),於是鐵元素在超新星爆發中進行快中子俘獲過程,可以生成大量的超重元素;或者在雙中子星合併事件中,中子潰散後不久會衰變為質子,也能形成大量的超重元素。

所以,形成比鐵更重的元素,就至少有三種方式:

(1)大質量恆星演化為紅超巨星時,鐵-56通過慢中子俘獲過程,產生少量超重元素;

(2)雙中子星合併事件中大量產生;

(3)超新星爆發時,通過快中子俘獲過程大量產生。

我們地球上有著各種各樣的元素,一些超重元素還是人體不可缺少的微量元素,比如29號銅元素,存在於肌肉和骨骼當中;33號砷元素,存在於頭髮和**中;34號硒元素,存在於心肌和骨骼肌中。

然而這些元素,歸根到底來自於至少45億(太陽系年齡)年前,某次超新星爆發或者雙中子星合併事件;我們身體中的元素,就是超級**中落入太陽系的餘燼塵埃。

然而這樣的事件,每天都發生在宇宙當中,在我們銀河系內平均每個世紀裡,會有1~2次超新星爆發事件。我們夜晚看到那條明暗相間的銀河,其實就是無數次超新星爆發後,殘留下來的物質擋住了銀河系中心的光線。

在紅外線望遠鏡下,這些殘骸顯現出明顯的放射狀,或許在某處就有另外一個文明,在觀察我們的太陽系。