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大质量恒星的核聚变反应可以到铁为止,这期间发生了哪些核聚变反

电脑版   2020-11-26 09:23  

大质量恒星的核聚变反应可以到铁为止,这期间发生了哪些核聚变反应?:大质量恒星的核聚变反应可以到铁为止,这期间发生了哪些核聚变反应?对于元素的由来十万个

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大质量恒星的核聚变反应可以到铁为止,这期间发生了哪些核聚变反应?

对于元素的由来十万个为什么中的源头,因为世界万物都源自与物质,而物质组成则是各种元素,本文来粗浅的探讨下元素的由来,从头到尾解决一下各位的疑问!本文将从区别元素的标准以及各个阶段都能诞生的元素和诞生的过程等三个角度来探讨。

区别元素的标准是什么?

氢氦锂铍硼、碳氮氧氟氖......这是各位都很熟悉的元素周期表,顺序则是从1开始依次加大,最终到自然界序号最高的92号铀元素!那么区隔元素类别的标准是什么?

就是原子核中的质子数,而中子数则是决定元素的同位素,当然也有原子核中没有中子的,比如只有一个质子的氢同位素氕,因此元素历程就是一个质子数增加的过程,这是无论在哪种阶段中都改变不了的一个事实,唯一的有差别就是过程!

宇宙诞生时产生的元素

宇宙中所有物质都来自与大爆炸,这从宇宙的膨胀与微波背景辐射以及原初元素的丰度可以推测出在宇宙的早期发生了一次物质的诞生过程,我们从元素的阶段开始:

从大爆炸产生到10^-6S时夸克和胶子已经低于相变温度下诞生,随之它们结合形成了质子和中子!

大爆炸三分钟后,温度降低,质子与质子以及和中子发生了第一次原初聚变,诞生了氢、氦以及微量锂原子核。

二十分钟时,温度降低到了远处核聚变温度以下,核聚变停止,宇宙中元素比例确定。

三十八万年时,原子核捕获电子,形成了原子,这就是最初物质的来历!

恒星阶段能产生的元素

从宇宙诞生的原初元素产生后,大爆炸的任务就完成了,未来的元素接力任务将有恒星接手,不同质量的恒星将会产生不同的元素,而产生元素的原料也就是大爆炸时代产生的氢元素!

  • 恒星产生元素的最初过程

质子链反应是恒星元素的最原始积累,原本科学家认为以太阳质量的恒星不会产生氕氕核聚变,因为质量不够高,温度足以克服库仑障壁,但伽莫夫计算得到了伽莫夫因子,得以解释了太阳的发光原因。

解决了这个问题之后,未来的恒星元素制造进入了快车道,质子链反应到了氕氘反应就快速多了,再往后的氦三和氦三反应只是一个时间和温度的问题!

  • 元素诞生的快车道

从氢元素到氦元素经历的时间是最久的,这也是恒星最美好的时光,我们将这个阶段称为主序星阶段,而从氦元素聚变开始,恒星则逐渐变得狂暴,元素的诞生也越来越快!而且只要恒星质量足够大,它的元素诞生顺序为如下流程:

氦4 → 铍8 → 碳12 → 氧16 → 氖20 → 镁24 → 硅28 → 硫32 → 氩36 → 钙40 → 钛44 → 铬48 → 铁52 → 镍56

恒星聚变能诞生的元素可以到达镍56哦,不过镍-56会衰变,经电子捕获而衰变成钴-56,最终衰变成铁-56,所以说恒星聚变到铁就停止了也没毛病,但我们要了解的是这个衰变过程:

镍-56的半衰期为6.02天,以β+衰变成为钴-56(半衰期77.3天)最终衰变为铁-56

但恒星自诞生铁核以来,它的寿命将以分钟计算,因此更严谨的形容是恒星可以诞生镍-56!但在此之后再无元素通过核聚变产生了!因为再无力量让更重的原子核通过聚变产生!

重元素诞生的慢车道和超级快车道

所谓的慢车道就是在恒星内部(包括红巨星)中原子核捕获中子,然后中子再衰变成质子,原子序数+1的过程,这就是慢中子捕获!这个过程可以持续发生,尽管这个效率很低,但红巨星阶段比较漫长,因此贡献了重元素比例的一半!

另一半重元素就只能在超新星爆发中产生了,这需要铁核元素为基底,在超新星爆发的中子流中捕获中子,产生衰变,诞生更重的元素。这就是所谓的快中子捕获!这个过程会产生黄金哦,各位可要留意了!

两者重元素生成原理是一致的,区别是中子的能级不一样!

另一种重元素诞生途径

这是中子星合并过程中诞生的,这是快中子捕获过程,原理一样,途径不一样,另外中子星物质被抛洒之后也会有衰变形成重元素的可能。大量的金子都来自中子星合并哦!

为什么自然界中难以存在比92号更高的元素

要理解这一点,我们得来理解下四大基本作用力中的强作用力和电磁力,前者是四种基本作用力中最强的,但有一种奇怪的特性,太远也不行,太近也不行,必须刚刚好。后者则没有那么多幺蛾子问题,可以无限叠加。

这将导致一个有趣的问题,质子数增加(元素序号增加)后需要中子来做个调剂,否则质子之间的库伦斥力过早的会导致原子核产生α衰变,原子核释放一个氦核心,形成质子数-2,原子序数-2的新元素。而到了92号元素后,中子数再增加也无济于事了,因为中子数的增加将会产生一个有趣的结果,中子多了也不稳定,某个中子会衰变,变成中子数-1而质子数+1,元素序号高一号的元素,但却会导致在库仑斥力下更是风雨飘渺!

这就是元素需要越高,原子核就越不稳定的原因,其实这也是核裂变的原理!

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恒星的核聚变

按照如今的主流理论,宇宙起源于一次大爆炸。大爆炸之后,早期的宇宙逐渐形成各类粒子,最终在38万年后,温度降低到3000度左右,原子结构得以形成。这也奠定了宇宙的已知物质的基本成分,主要是氢原子和氦原子,两者占到了99%以上,而氢原子达到了70%以上。

之所以是氢原子和氦原子,原因也十分简单,就是它们的原子核质子数和中子数相对少,是元素周期表最靠前的两个元素,不需要非常极端条件就可以形成。

而宇宙中还存在着大量的其他元素,那这些元素到底咋来的呢?经过几代科学家的研究之后,我们现在基本上搞清楚了。整个过程大致是这样的,在宇宙中分布这大量的分子云,一般来说,如果没有什么意外,分子云也就这样的了。

但是有时候,因为某些意外,导致分子云某个位置引力平衡被打破,于是,在引力的作用下,就会逐渐形成恒星。(太阳也是这样来的。)而在形成恒星的过程中,还会有一些边角碎料,这些边角碎料最终就会形成行星。

正如我们上文所说的那样,由于宇宙早期形成的元素主要是氢元素和氦元素。因此,恒星一般都是由氢元素和氦元素构成的,尤其主要的是氢元素。在引力的作用下,恒星的温度会飙升到非常高的程度,就拿太阳来说,可以达到1500万度。那些特大质量的恒星在演化的末期,内核温度可以飙高到几十亿的水平。

在这种状态下,恒星一般都是呈现等离子态的,说白了就是原子结构保不住了,电子和原子核到处乱串。

而恒星还会在引力的作用下,开始核聚变反应。首先是氢原子核的核聚变反应。我们可以把恒星看成是一个炉子,那燃料就是氢原子核,而炉渣就是氦原子核。

当氢原子核烧完之后,只要恒星质量足够大,就可以点燃氦原子核的核聚变。这时的恒星就好像换了一下档位,燃料是氦原子核,炉渣是碳原子核和氧原子核。

(太阳就会停留在这一步,然后最终成为一颗白矮星,直到凉透。)

如果恒星质量依旧足够大,这时候就会继续换挡,碳原子核的核聚变反应就会被点燃,这时候的燃料就是碳原子核,而炉渣有氧原子核,氖原子核,镁原子核,硅原子核,硫原子核等元素原子核。

除了碳原子核会进行核反应,实际上,氖原子和氧原子核也会进行核聚变反应,只不过是在不同的温度区间,以及路径不太相同罢了。

而我们会发现,整个核聚变反应的过程会最终达到铁元素。

只不过,特大质量的恒星由于内核要触发的核聚变反应所需要的温度特别高,导致外层的温度也特别高,于是,恒星外层也开始发生核聚变反应,每一层的核聚变反应都不太一样。因此,此时的恒星就像是一个洋葱头一样。

那为什么独独核聚变反应到了铁元素原子核呢??

比铁更重的元素的产生

如果我们从原子核的层面来看,铁原子核其实是最稳定的,这也被叫做比结合能最大,因此掰开铁原子核是最费劲的。

也就是说,如果要让铁原子进行核聚变反应的难度特别高,反应所需要的能量要大于反应所产生的能量,也就是说,这是一个赔本的买卖。

虽然是这样,但是由于特大质量恒星的引力巨大,因此它们还能够促发铁原子核的核聚变反应,在这个过程中,光子会击碎原子核,释放出中子和质子,然后,质子会和自由电子发生反应,并生成中子和中微子。最终,在引力的作用下,恒星的内核收缩成一个绝大部分都是由中子构成的中子星。

如果引力特别大,还有可能直接产生黑洞。

与此几乎同时,恒星还会发生超新星爆炸,在这个过程中会形成许多比铁元素原子序数更高的元素。

不过,宇宙中比铁元素原子序数更高的元素,只是一部分来自于超新星爆炸,还有一部分其实来自于中子星的合并,尤其是像金元素和银元素等更顺位的元素。

所以,最后我们来总结一下,恒星的核聚变反应都是先从氢原子核开始,然后是氦原子核,再然后是碳原子核,氧原子核,氖原子核……一直到铁原子核。而铁元素之后的元素主要来自于超新星爆炸和中子星合并。

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按照元素周期表,化学元素的恒星质子变在太空变化无常的。但最终是铁陨石的磁场反应,燃烧自己的能量爆发。汞元素等金属元素质子变,净化成铁。

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打开元素周期表,从氢开始逐个数

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谢谢老爷爷的邀请。

恒星核聚变反应后,一般最终生成了铁,也就是铁陨石,有的生成了石陨石,这些陨石在太空游走,对行星撞击,造成危害。

不得不说,陨石就是这么产生的,当然,有些也是别的行星上的物质,脱离行星后的大小天体。而木星上的陨石带,正是吸收了来自太阳系之外的陨石,对地球起保护作用,但仍有少量陨石闯入地球。

恒星祥细核聚反应人类目前还搞不清,按化学元素周期表顺序排的话,明显只是一种猜测性的结论,它与恒星核聚反应的先后元素并不沾边,故不可相信。


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为什么至中国宣布中国的北斗三号全球定位导航服务正式全球开通服务后,世界上的战场一下呈现天空无人机机器人对人和其他机器及同等无人机机器人撕杀战场场面,这值得深思。或许中国应在战乱地区卫星服务上启动卫星定位导航授权密码制让其恢复到美国民用gprs水平,可能能对和平起一定作用。北斗三号民用定位精度在信号增强基站支持下精度达零点零一米精度,本为中国启用亿万机器人高效率大生产所作的基础设施建设。可那么高的精度被土尔其仿造彩虹三无人机对地高精度打击对亚美尼亚士兵攻击等于对手无寸铁百姓屠杀,还有在无人机弹药耗完后精确撞击正在行进路上的亚美尼亚运兵车而引起爆炸,这为不对称战争。现在中国警用已有六旋翼无人机挂戴机枪及转管榴弹炮发射器已普及装备,不排除印度会用中国北斗高精度定位导航信号来侵犯非法占控中国边境领土,所以北斗信号的破解不了的密码授权服务必须改革有利中国利益。此外关于把月球打造成中国的太空母舰战略基地,和将加装火箭发动机可推动的十公里直径小行星改装成航天母舰武器系统授权密码,及在距太阳表面几千万公里高轨道的上亿棵戴森球卫星组网提取太阳百分之十能量反光聚焦武器上也应设量子电脑无法破译密码以保护地球

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大部分的恒星的中心温度都会达到一千万开氏度,这时氢会开始聚变,两个氢原子结合成氦,在此过程中释放出能量, 合成氦,恒星开始自行发光。

一般的星体核心部分温度比较高,燃烧比较快!当氢燃烧结束后,引力坍缩开始,温度可高达几十亿摄氏度。这里所说的燃烧只是通俗的表达法,实际上时核聚变,元素与元素之间的化学反应一样。


我们通俗一点描述这个过程就是这样的

恒星的聚变一般都是从最基本的氢元素开始的然后再是氦元素。然后在这样的一个过程中其实都是由多个氢原子变成一个氦原子,这时候质量就产生了一个变化变小了。这里为了达到一个平衡,所以丢失的质量就是一个产生的能量。然后在这个过程中,我们学过化学的知道元素周期表,这时候一些质量大的恒星就开始从第一个元素氢开始聚变聚变不断的聚变下去,知道到了铁这个元素的时候,那么这个恒星的聚变其实就已经结束了



为什么呢?

因为聚变到铁的时候就不像前面那些元素,铁核聚变不会释放能量,而是要吸收能量,因此恒星内部内压减小,在自身的重力作用下,恒星开始塌缩,导致发生超新星爆炸。

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按结合能的顺序往上走,一直到铁,几乎各种元素都有参予,主要物质流程,氢,氦,碳,氧,氖,镁,硅,铁

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原子核聚变,没有上限,也没有下限,所以可以有超大星系的存在。如地球内核物质与太阳内核都是不一样的。那么太阳内核物质与人马座A*的内核物质也是不一样的,而人马座A*的内核物质与飞马座和武仙座内核物质也不一样。

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铁以前的元素都会合成,然后根据难易程度,以及粒子碰撞的随机性,进行合成。简单来讲,就是在能合成的前提下,撞到谁就和谁合成。

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