恒星可以重元素聚变吗？ 第1页

天文学上将除了氢和氦以外的元素都叫做重元素，我们以此为前提讨论哦。

我们的太阳在宇宙中算是一颗“屌丝”恒星，一般来说，它们通过3α过程，将氦“燃烧”成碳，就变成一颗白矮星，慢慢结束自己的生命。

而锂极其容易和氢核反应结合生成两个氦原子，这种核反应只需要240万度就可以发生，而这是很多恒星都可以轻易达到的温度。所以锂一般不参与更重元素的核反应。

铍和硼都不在主流核反应路线上，我们这里也不用考虑了。

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在恒星内部，α粒子非常活跃，不仅参与“3α过程”，当恒心中心的碳积累到一定程度时，还会继续和高级原子核发生反应，和碳生成氧。再一路反应下去，生成氖20、镁24、硅28、硫32、氩36、钙40、钛44、铬48、铁52和镍56。相当于不断向原子核中“塞”阿尔法粒子。这个过程叫做“α过程”，也叫作“α阶梯”。上面提到的这些偶数原子序数的元素也叫作“α元素”！

这条线路在镍56这里走到了头，但镍56并不稳定，发生电子俘获会衰变成铁56。一般认为铁56是最稳定的同位素，其实不然，镍62才是比结合能最高的同位素。但一方面镍62不在这条反应路线上，另一方面由于“光致蜕变”作用，高能伽马射线会切断原子核，所以宇宙中镍的丰度远远少于铁。

“α过程”在恒星内部发生的几率很低，且主要以生成氧、氖为主，对恒星的能量产生没有显著的贡献。由于强大的库伦势垒，氖以后的反应更不容易发生。

和太阳质量差不多的普通恒星走到“3α过程”就到头了，而当一颗恒星的质量超过8个太阳，其中心温度超过5亿度，密度超过300万吨/立方米，就会继续开启“碳燃烧”路线。两个碳原子核聚变生成氖20、钠23、镁23、镁24和氧16。其中，前三者是主反应。这个过程中，虽然氧的产出很少，但氧坐观“小弟”碳的“燃烧”，而最大限度保留了自己，所以“碳燃烧”的最终结果是产生一个氧，氖，钠和镁的内核。

你可能以为，这种燃烧的条件如此苛刻，应该持续很长时间吧？

其实不然！

基本上是越重的恒星反应速度越快，对一颗25倍太阳质量的恒星来说，仅仅600年，就足够“碳燃烧”殆尽了！

然后呢？

你可能以为，按照座次，应该轮到“氧燃烧”了吧？

其实不然！氖元素说：“氧小弟别急，先等等，我先上！”

当“碳燃烧”结束形成一个氧，氖，钠和镁的内核后，恒星中心的温度和压力继续升高，达到12亿度，密度超过400万吨/立方米后，就会启动“氖燃烧”，这个条件并不比“碳燃烧”难很多。

和之前的核聚变反应不一样，“氖燃烧”并非氖核和氖核的反应，而是在强烈的伽马射线辐射下的“光致蜕变”反应，氖核在受伽马射线激发后，变成氧16和一个α粒子；也有一部分氖核继续发生α阶梯反应，和α粒子结合变成镁24。因此“氖燃烧”的结果是生成更多的氧和镁，你开始理解为什么氧比碳多了吧？

“氖燃烧”的另一个结果是：镁是宇宙中最多的金属元素。

“氖燃烧”大约持续数年，留下了一个氧和镁的内核，如果恒星足够大，让中心的温度达到15-26亿度以上，密度达到260-670万吨/立方米的时候，氧元素：“终于等到要出场了吗？我要燃烧！”

氧燃烧是两个氧原子发生聚变，生成硅28（34%），磷31（56%），硫32，硫31，硅30和磷30。根据不同恒星的大小，这一过程最长持续5年，最短3天就结束了。

氧燃烧完以后，留下一个硅和硫的内核，如果恒星足够重，中心温度达到27-35亿度，就会启动恒星的终极燃烧——“硅燃烧”。一个个α粒子被“塞”进原子核，依次生成硫、氩、钙、钛、铬、铁、镍。这个过程很快，一天就结束了，这时候，恒星的中心已经达到了50亿度。由于没有额外的热能可以通过新的聚变反应产生，恒星只能以崩溃的方式结束，发生壮丽的超新星爆炸，恒星的中心部分现在要么被压成中子星，要么变成黑洞。恒星外层被喷射出，在中子流中产生铁以后的重元素。

超新星爆炸和双中子星合并的时候，伴随着高密度的中子流，每秒每立方厘米高达100万亿亿个中子。在如此之多的中子碰撞下，较轻的原子核如同沐浴在中子的“沙尘暴”里，各种各样的富中子原子核被制造出来，而又迅速发生β衰变，最终变成较稳定的原子核。铱、锇、铂等贵金属、其他重元素以至放射性元素都可以通过“快中子俘获”制造出。

是不是所有重元素都来自超新星或双中子星合并呢？也不尽然，在恒星内部，也有一条持续稳定的路径，让比铁重的元素逐一生成，这就是“慢中子俘获”。

第一代超新星爆炸出一些重元素的碎屑，有些飘荡在宇宙空间，凝结成行星，也有些被其他恒星吸引过去，成为进一步核反应的母核。在恒星内部，有着各种各样的辐射，其中就有中子辐射。偶然的机会，“贪吃蛇”母核将中子俘获过去，“吃”进肚里，变成更大的原子核。这个过程很漫长，可能要一年，甚至十年，才会发生一起俘获事件，所以称为“慢中子俘获”。这些原子核就如同滚雪球一般，越来越大。然而雪球毕竟是有限度的，吃胀肚子的不稳定原子核会发生β衰变，吐出电子和中微子，变成了原子序数+1、原子量相同的其他元素。

比如银109“吃”掉一个中子，变成不稳定的银110，立刻衰变成镉110。镉元素比较能“吃”，连吃五个中子一直吃到镉115，才衰变成铟115，然后是铟116，又衰变成锡116。偶数位的锡也是个“吃货”，接连吃掉五个中子，到了锡121才撑不住，衰变成锑121。

原子核就是这样通过“慢中子俘获”过程，如同滚雪球一样越来越大，最终到了铊元素，遇到了问题。

铊的稳定同位素铊203“吃”下一个中子，又衰变成铅204，和它的小弟“锡”一样，铅也是个大吃货，它继续吃中子到铅209，这是一种不稳定的同位素，它迅速衰变成铋209。铋209吃掉一个中子就撑不住，衰变成钋210。到了这里，偌大的原子核终于吃中子吃到吐，于是发生α衰变，直接吐出一个氦核（α粒子），原子序数-2，原子量-4。

不信你看，铋以后的元素全都是放射性元素，钋210的半衰期只有136天，发生α衰变，直接掉到铅206。就这样，从铅206，到铅207，铅208，铅209，铋209，铋210，钋210，再回到铅206，恰好组成了一个循环。“慢中子俘获”滚雪球的游戏玩不下去了，重元素一步一步向上爬格子，最终撞到了天花板——铅。

正是如此，虽然铅“重”达82号，在地壳里却比很多轻元素——如碘、溴甚至五金之一的锡——都要多，是重元素里最多的一个存在。