為什麼恆星聚變到最後是鐵元素，而不是其它的元素？

粒子的組成很複雜，但簡單來說常見基本粒子就三種，中子、質子和電子。質子帶正電，電子帶負電，中子中性，就重量來說中子最重，幾乎就是質子加電子的重量。那麼，是不是質子和電子合成就可以是中子了？可說是，也可以說不是。中子分解的話，生成一個質子，一個電子，還有一個中微子。質子和電子合成的話，直接吸收足夠能量就變成中子。原理複雜，但是根據質能守恆記住，中子＞質子＋電子。

恆星聚變反應，極其複雜，並不是教科書上簡單描述的兩個氫變一個氦那麼小清新。不考慮溫度和各種高速。基本你可以理解成為汪洋大海般的中子、質子、電子和其他粒子海洋里，飄著幾個成型的原子核。其中的中子、質子、電子還在不斷的組成更多的原子核。與此同時，中子、質子、電子也在不斷轉化，中子分裂，放出能量，合成中子吸收能量，保持一個平衡。

對於小核原子來說，捕捉中子比較困難，原子構成中氫最常見的是氫1,也就是氕，原子核只有一個質子，正常配對一質子一中子的氫2,也就是氘自然界已經很少了，氫3氚地球上直接沒有。到氦以後正常點，一比一配對是主流了。但是原子越大，捕捉中子的能力就越強。大家都聽說過鈾235鈾238吧，這是鈾最主要的同位素，但是注意，鈾只是92號元素，只有92個質子，按一夫一妻製法律規定，鈾應該是鈾184，但是可惜，這東西不存在。鈾最常見的，就是鈾238,整整多了54個小三。

我們再次回到聚變，在生成越來越大的原子核的過程中，每次組成更大的原子核都會放出能量，要是每次都只用同比例的質子和中子組成原子核，那粒子海洋里沒什麼變化，反應持續產生，恆星發光發熱。但是原子核越來越大之後，每次合成，質子拐帶的小三中子就越多，粒子海洋里中子比例減小，平衡被打破了。平衡一旦打破，同樣時間裡合成中子的速度就會高於中子分解的速度。

前面說過，合成中子吸收能量，於是，粒子海洋降溫了。恆星是氣態的，靠高溫高壓不被引力壓塌。一旦降溫，恆星末日就到了，開始塌陷。根據恆星大小，最後小的變為矮星，慢慢縮小冷卻成一個金屬球，大點的超新星爆發成為中子星，更大的成黑洞，但是不管變什麼，都不是恆星了，恆星的臨界點在降溫塌陷那一刻。理論上講，也就在合成出鐵元素的時候，恆星開始降溫了。所以可以說，鐵元素是恆星最後能聚變產生的物質。

聚變能釋放能量，但是產生聚變也需要能量。氫的聚變僅需要很小的能量而釋放出能量遠比吸收的能量多得多，隨著聚變向重元素延伸這種比值越來越小，直到鐵元素產生聚變的能量與釋放的能量平衡，如果聚變繼續向高元素走則產生的能量小於吸收的能量所以聚變不能繼續。

在鐵以下原子的聚變反應，都是減少質量，放出能量。鐵以後則相反。因此達不到鏈式反應所需要的溫度。當然和裂變反應一樣，這裡也有個概率問題。一群多核原子受到一束快中子轟擊，並不是形成完全一樣的碎片。聚變反應時，一些核子撿到局部的能量漏，會形成一些比鐵原子重得多的原子。

但是現在在超新星爆發中發現了比鐵重的元素，不過，那已經不能算恆星了吧。

PS：未經同意不得轉載（圖片來源網路）

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