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為什麼核聚變到產生鐵元素時就停止了?

聚變的過程,是低原子量的元素聚合在一起,產生更高的原子量的元素。同時釋放出能量。

在這個過程中,首先他們需要使用自身的一些能量,使得核子突破力的束縛。這個時候是要消耗能量的。

但核反應的後期部分,又會釋放能量。

只有釋放的能量大於消耗的能量,這個過程才能持續下去。否則根本無法突破勢能壁壘。

這就給了聚變反應提了兩個要求:

一、高溫:突破勢能壁壘;

二、反應要釋放能量:這樣反應才能持續。

恆星中的鐵,符合第一個要求,高溫;但不符合第二個要求——釋放能量。

恆星需要源源不斷的核聚變反應來向外輻射出巨大的壓力,以此才能對抗自身的重力,這種流體靜力學平衡貫穿恆星演化周期的大部分時間。之所以核聚變反應能夠不斷維持下去,是因為它們產生的能量要比吸收的能量更多,所以總得來說,恆星是在凈輸出能量,在鐵之前的元素都符合這種過程。

然而,到了鐵之後,其比結合能達到了極大值,這要大於比鐵更輕和更重的元素。因此,鐵的核聚變反應是在凈吸收能量,因為該反應產生的能量少於吸收的能量。這樣就會使恆星的重力佔據主導作用,流體靜力學平衡被打破,導致恆星內部受到強烈擠壓而引發劇烈的超新星爆炸。

從這裡可以看出,恆星的核聚變反應在產生鐵元素之後並沒有停止,而是鐵還會進一步發生核聚變反應,結果會產生更重的元素,比如鎳:

只是鐵的核聚變反應會迅速消耗巨大的能量,這會導致恆星在短時間內失去平衡,最終發生超新星爆發。此後,鐵會俘獲中子繼續合成其他重元素。

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