對(duì)于元素的由來十萬(wàn)個(gè)為什么中的源頭,因?yàn)槭澜缛f(wàn)物都源自與物質(zhì),而物質(zhì)組成則是各種元素,本文來粗淺的探討下元素的由來,從頭到尾解決一下各位的疑問!本文將從區(qū)別元素的標(biāo)準(zhǔn)以及各個(gè)階段都能誕生的元素和誕生的過程等三個(gè)角度來探討。 區(qū)別元素的標(biāo)準(zhǔn)是什么?氫氦鋰鈹硼、碳氮氧氟氖......這是各位都很熟悉的元素周期表,順序則是從1開始依次加大,最終到自然界序號(hào)最高的92號(hào)鈾元素!那么區(qū)隔元素類別的標(biāo)準(zhǔn)是什么? 就是原子核中的質(zhì)子數(shù),而中子數(shù)則是決定元素的同位素,當(dāng)然也有原子核中沒有中子的,比如只有一個(gè)質(zhì)子的氫同位素氕,因此元素歷程就是一個(gè)質(zhì)子數(shù)增加的過程,這是無(wú)論在哪種階段中都改變不了的一個(gè)事實(shí),唯一的有差別就是過程! 宇宙誕生時(shí)產(chǎn)生的元素宇宙中所有物質(zhì)都來自與大爆炸,這從宇宙的膨脹與微波背景輻射以及原初元素的豐度可以推測(cè)出在宇宙的早期發(fā)生了一次物質(zhì)的誕生過程,我們從元素的階段開始: 從大爆炸產(chǎn)生到10^-6S時(shí)夸克和膠子已經(jīng)低于相變溫度下誕生,隨之它們結(jié)合形成了質(zhì)子和中子! 大爆炸三分鐘后,溫度降低,質(zhì)子與質(zhì)子以及和中子發(fā)生了第一次原初聚變,誕生了氫、氦以及微量鋰原子核。 二十分鐘時(shí),溫度降低到了遠(yuǎn)處核聚變溫度以下,核聚變停止,宇宙中元素比例確定。 三十八萬(wàn)年時(shí),原子核捕獲電子,形成了原子,這就是最初物質(zhì)的來歷! 恒星階段能產(chǎn)生的元素從宇宙誕生的原初元素產(chǎn)生后,大爆炸的任務(wù)就完成了,未來的元素接力任務(wù)將有恒星接手,不同質(zhì)量的恒星將會(huì)產(chǎn)生不同的元素,而產(chǎn)生元素的原料也就是大爆炸時(shí)代產(chǎn)生的氫元素!
質(zhì)子鏈反應(yīng)是恒星元素的最原始積累,原本科學(xué)家認(rèn)為以太陽(yáng)質(zhì)量的恒星不會(huì)產(chǎn)生氕氕核聚變,因?yàn)橘|(zhì)量不夠高,溫度足以克服庫(kù)侖障壁,但伽莫夫計(jì)算得到了伽莫夫因子,得以解釋了太陽(yáng)的發(fā)光原因。 解決了這個(gè)問題之后,未來的恒星元素制造進(jìn)入了快車道,質(zhì)子鏈反應(yīng)到了氕氘反應(yīng)就快速多了,再往后的氦三和氦三反應(yīng)只是一個(gè)時(shí)間和溫度的問題!
從氫元素到氦元素經(jīng)歷的時(shí)間是最久的,這也是恒星最美好的時(shí)光,我們將這個(gè)階段稱為主序星階段,而從氦元素聚變開始,恒星則逐漸變得狂暴,元素的誕生也越來越快!而且只要恒星質(zhì)量足夠大,它的元素誕生順序?yàn)槿缦铝鞒蹋?/p> 氦4 → 鈹8 → 碳12 → 氧16 → 氖20 → 鎂24 → 硅28 → 硫32 → 氬36 → 鈣40 → 鈦44 → 鉻48 → 鐵52 → 鎳56 恒星聚變能誕生的元素可以到達(dá)鎳56哦,不過鎳-56會(huì)衰變,經(jīng)電子捕獲而衰變成鈷-56,最終衰變成鐵-56,所以說恒星聚變到鐵就停止了也沒毛病,但我們要了解的是這個(gè)衰變過程: 鎳-56的半衰期為6.02天,以β+衰變成為鈷-56(半衰期77.3天)最終衰變?yōu)殍F-56 但恒星自誕生鐵核以來,它的壽命將以分鐘計(jì)算,因此更嚴(yán)謹(jǐn)?shù)男稳菔呛阈强梢哉Q生鎳-56!但在此之后再無(wú)元素通過核聚變產(chǎn)生了!因?yàn)樵贌o(wú)力量讓更重的原子核通過聚變產(chǎn)生! 重元素誕生的慢車道和超級(jí)快車道所謂的慢車道就是在恒星內(nèi)部(包括紅巨星)中原子核捕獲中子,然后中子再衰變成質(zhì)子,原子序數(shù)+1的過程,這就是慢中子捕獲!這個(gè)過程可以持續(xù)發(fā)生,盡管這個(gè)效率很低,但紅巨星階段比較漫長(zhǎng),因此貢獻(xiàn)了重元素比例的一半! 另一半重元素就只能在超新星爆發(fā)中產(chǎn)生了,這需要鐵核元素為基底,在超新星爆發(fā)的中子流中捕獲中子,產(chǎn)生衰變,誕生更重的元素。這就是所謂的快中子捕獲!這個(gè)過程會(huì)產(chǎn)生黃金哦,各位可要留意了! 兩者重元素生成原理是一致的,區(qū)別是中子的能級(jí)不一樣! 另一種重元素誕生途徑這是中子星合并過程中誕生的,這是快中子捕獲過程,原理一樣,途徑不一樣,另外中子星物質(zhì)被拋灑之后也會(huì)有衰變形成重元素的可能。大量的金子都來自中子星合并哦! 為什么自然界中難以存在比92號(hào)更高的元素要理解這一點(diǎn),我們得來理解下四大基本作用力中的強(qiáng)作用力和電磁力,前者是四種基本作用力中最強(qiáng)的,但有一種奇怪的特性,太遠(yuǎn)也不行,太近也不行,必須剛剛好。后者則沒有那么多幺蛾子問題,可以無(wú)限疊加。 這將導(dǎo)致一個(gè)有趣的問題,質(zhì)子數(shù)增加(元素序號(hào)增加)后需要中子來做個(gè)調(diào)劑,否則質(zhì)子之間的庫(kù)倫斥力過早的會(huì)導(dǎo)致原子核產(chǎn)生α衰變,原子核釋放一個(gè)氦核心,形成質(zhì)子數(shù)-2,原子序數(shù)-2的新元素。而到了92號(hào)元素后,中子數(shù)再增加也無(wú)濟(jì)于事了,因?yàn)橹凶訑?shù)的增加將會(huì)產(chǎn)生一個(gè)有趣的結(jié)果,中子多了也不穩(wěn)定,某個(gè)中子會(huì)衰變,變成中子數(shù)-1而質(zhì)子數(shù)+1,元素序號(hào)高一號(hào)的元素,但卻會(huì)導(dǎo)致在庫(kù)侖斥力下更是風(fēng)雨飄渺! 這就是元素需要越高,原子核就越不穩(wěn)定的原因,其實(shí)這也是核裂變的原理! |
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