如果核聚变只能是平均核子质量变小,那么我们宇宙中的铁以上的重元素是怎么来的呢?

那么这个 F_C 之后的那些重元素是怎么来的呢?
大家都知道是超新星爆发过程中来的,但是具体是怎么来的呢?难道是超新星爆发过程中有什么过程能够产生逆的核裂变?即把能量给原子核?这是什么过程?

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7个答案
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章鱼喵.时见疏星理论物理专业,西夏文爱好者

2013-05-07 17:30

(Fe 以后的元素是产生的途径不是单一的,也不是单单由超新星爆发产生的。)


如果我们要产生一个原子序数更高的新的元素,那么我们有什么办法呢?或许我们可以
1. 把核内的中子「换成」质子
2. 把质子打进原子核。


## 中子捕获 + Beta 衰变

第一条路看起来挺容易的,因为我们有个 beta 衰变,其中有一类是中子变成 质子+电子+反电子中微子(电荷守恒,轻子数守恒),

(来自维基百科:http://zh.wikipedia.org/wiki/%CE%92%E8%A1%B0%E8%AE%8A

所以说,如果原子核发生了这样的一个过程,对应的元素的原子序数就会增加。正合我们意图。但是,原子核好好的为什么要衰变呢?

所以我们需要构造不稳定的同位素,这样一般需要增加中子数目,也就是要发生中子捕获。

超新星正好为我们提供了这样的环境,因为这个过程中有非常非常强大的中子流。中子流密度足够大了,所以中子会和原子核发生核反应(类似于化学平衡),最后会形成原子量非常大的一些同位素,而这些同位素不稳定,发生 beta 衰变,使得元素的原子序数增加,这就意味着产生了比铁的序数更大的元素了。
这个过程,就是我们所说的快中子捕获(R-过程,rapid)。因为这个发生的非常快。
这个过程造就了差不多我们现在一半的比铁重的元素。

那么必须要有很大的中子流么?事实上不需要。有另外一个类似的过程,叫做慢中子捕获(S-过程,slow),也能够产生比铁靠后的元素。这个过程与上面不同的地方是,不需要特别大的中子流,所以在很多大型恒星中就可以发生。另外由于中子流确实比较小,核反应速率比较慢,不过这个过程,却产生了另外一半的比铁重的元素。

##

那么我们有没有可能走第二条路,把质子打进原子核呢?就是说如果我们有比较大的质子流如何?事实是这个过程很难发生,其中一个容易理解的原因是产生重的元素(Fe 之前)需要极端的环境,而极端的环境中电子简并压会出来作怪了,质子密度就很难提上去。(大家知道中子星,听说过质子星么?)

不过,如果不是在恒星核心发生的呢?例如在高能量的吸积盘中?是的,如果吸积盘这类的环境中有高密度高能量的质子流,这样的过程是可以发生的。

这样的过程,就是质子捕获,其实是快质子捕获过程。


## 重元素核被光子打出核子

如果我们先由上面的两种方法产生了重元素,然后有这些重元素来产生稍微轻些的,但是依然比铁重的元素呢?
好主意!

实际上,这是一个真实存在的问题,不是所有的元素都可以很方便的由上面的两种方式产生。上面的想法是就是类似于上个世纪的一种提议,即,我们高能光子或其它的因素把原子核里面的核子轰击出来,从而形成序数更小的元素。
这个过程就是 p 过程,一般也许有超新星坍缩的极端过程中。不过这个过程不是重元素合成的主要途径。

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lotusfire数学/统计学生/电商从业人员

2013-04-24 12:56
支持者: C-5XPO yhz

Fe 以后的元素都是恒星死亡时候爆炸的产物。

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支持者: C-5XPO

超新星爆炸,,虽然我觉得似乎量稍微有那么点多

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的确铁是非常稳定的元素,恒星一旦出现铁元素就开始衰亡了,我只知道金元素是在超新星爆炸时巨大的压力产生的,其他的应该类似吧。

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C-5XPO科学爱好者

2013-05-05 11:01

Fe 以后都是超新星死亡时候爆炸产生的。

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fengfeixue0219植物分子生物学博士

2013-04-24 15:08
支持者: C-5XPO yhz

那个是Fe,也就是铁...不是Fc...

Fe是恒星聚变所能产生最重的元素,铁之后的元素都是新星以及超新星爆发的产物。

产生的原理很简单——超新星爆发的强大压力将轻原子的原子核挤压而成为较重的原子核,也就是较重的元素。

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