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宇宙中的重元素是如何形成的？

中子,核素,质子宇宙中的重元素是如何形成的？

发布时间：2020-12-06加入收藏来源：互联网点击：

宇宙中的重元素是如何形成的？

回答于 2019-09-11 08:43:50

回答于 2019-09-11 08:43:50

你真想搞清楚，那可要硬着头皮看，讲点电视台不让播的吧！

1、先分班：

恒星的质量是主要参数，为此可以将大于0.08个太阳质量，小于8（大约，没有严格界定）个的定义为青铜班，大于8个，小于60个的定义为王者班。






恒星是名副其实的炼金炉，把具有1个质子的氢，一直升级到具有平均具有244个核子的钚，其形成过程挺复杂的，在天文物理学教材上用了快半本书的零散内容来介绍这一过程，但为了各位客官好理解，我把这个过程大致提炼一下（划线了啊！）：




2、为了形成重核素，恒星使用了三种核反应方法：直接聚变、带电粒子捕获、中子捕获




直接聚变

就是对等核素相加，核子数成倍的速度往上翻（不是非要相等），1变2，2变4，4变8，8变16，这种反应手段是青铜班和王者班各位同学能力强弱的主要反应，比如He3+He3=He4+2P。C12+C12=Ne20+H4。




带电粒子捕获主要包括：质子捕获、电子捕获、阿尔法粒子捕获




质子捕获是1个1个核子的往上加，比如P+P=H2+正e+电子中微子。特点是在质子，也就是氢核较多的情况下才是主要反应过程，因为质子的反应截面非常小，也就是说通常都发是青铜班和王者班早期使用的手段。



电子捕获比较特殊，因为中子和质子算是同一种粒子的不同状态，电子捕获某种意义上讲，就是中子和质子进行形态转换时的方法。比如：Be7+e=Li7+电子中微子。可以算是一种辅助核反应，偶有发生，但对于王者班的同学生命晚期来说是变身为中子星的主要过程。



阿尔法粒子捕获是核子数4个、4个的往上加，这种方法比较稳妥，青铜班和王者般在升级核素有点费劲的时候，都喜欢转到这种办法。





中子捕获

也是一个一个的往上堆核数，通常发生在Fe56往上的升级上使用，因为此时核素的升级是一种吸能反应，而且核素的电荷非常大，需要克服的库伦势垒非常强，中子不带电要好的多。具体又细分为慢中子捕获、快中子捕获。使用方法往后看。




3、核素的升级大致分为H到He,He到Fe,Fe到Pu








H到He

这个阶段，青铜班和王者班都能在青中年时代（主序星）轻松到达，比如我们的太阳正在干事，完成这一步的整个核反应被称为P-P链（质子-质子链）。温度千万度量级就可以了。

He到Fe

这个青铜班和王者班就有点不一样了。

青铜班活到中老年（水平分支、渐近巨星支）阶段一般怼到C、N、O就怼不动了，产生的核素是恒星的主体。王者班要厉害的多，因为其巨大的引力势能，青年时代（主序星阶段）就能到Ne、Mg，轻松怼到Si,S，努努力就到Fe、Ni。

但这时候，青铜班、王者班都会同步的开始使用中子捕获的办法了，一开始偷偷的、少量的，而后较大量的使用这种方法，使其内核中或多或少（依班级而定）的Fe核素一点一点的元素周期表的后面推进。





以青铜班我们的太阳为例，一开始大约平均每个Fe核素等20年反应1次，后面随着中子数的不断增强，反应频率会有所增强，总体上这一过程会持续100多万年以上，被称为慢中子捕获，一般到Bi或Po结束。

Fe到Pu




前面说了，青铜班和王者班生命后期都会使用慢中子捕获的办法开始合成了，那快中子捕获呢。




快中子捕获说白了就是短时间，比如1秒内，出现了海量的高能中子，你想想会在什么情况下发生？



对了，就是超新星爆发或中子星合并




青铜班主要是通过I型超新星爆发来进行，也就是白矮星吸收超过钱氏极产生碳爆轰, 王者班是通过 II型超新星爆发共进行。




此时，中子在极端的时间内达到能量和数量的丰值，产生大量富中子重元素。

好了，讲完了，一个问答怼这么多字，我也是够累的，小手点点这，点点那，关注支持一下我吧！




参考文献：

1、《原子核物理》

2、《天体学物理》