一般來我們講核聚變的順序主要是指恒星的核聚變。由于真正進行核聚變的是原子核(所謂核聚變就是這個意思),所以需要通過高溫的條件來分離原子核與電子,恒星和氫彈發生的核聚變反應有所不同,解釋比結合能前,先了解什么是結合能,鐵是質量和體積小恒星,核聚變剩下核心最終產物。
1、什么是核聚變?
所謂核聚變是指較輕的原子核在一定條件下結合成較重的原子核。這種反應很難發生,因為所需的條件非常苛刻,在正常情況下,原子核不會單獨存在,而是在其周圍會有電子繞行。由于真正進行核聚變的是原子核(所謂核聚變就是這個意思),所以需要通過高溫的條件來分離原子核與電子,另一方面,原子核攜帶著正電荷,由于庫侖力,原子核之間會互相排斥,它們很難互相結合。
為了使原子核發生聚變,就必須要有高溫的環境,使原子核具有足夠高的動能來克服能壘,此外,由于原子核極小,即便它們的動能很高,它們之間互相碰撞的可能性很低。因此,核聚變反應還需足夠高的密度或者說壓力,這樣才能提高原子核之間發生碰撞的概率,在滿足反應條件之后,當原子核足夠接近時將會發生量子隧穿效應,從而開始核聚變反應。
由于反應后的質量小于反應前,那部分減少的質量則會轉化為巨大的能量被釋放出來,這就是恒星和氫彈的巨大能量來源,不過,恒星和氫彈發生的核聚變反應有所不同。在恒星的高溫高壓核心部分,氫原子核會聚變為氦原子核,但氫彈爆炸并沒有那么高的壓力,只能使用更容易發生核聚變反應的氘和氚。這兩種重氫比普通氫原子多出了中子,它們的反應能壘較低,所以更容易結合成氦,
2、核聚變的順序是什么?
一般來說,我們講核聚變的順序主要是指恒星的核聚變。大概的順序如下:氫-氦-碳-氧-鎂-硅-鐵但這并非說所有的恒星都是這樣能聚變到鐵,這很大程度上去取決于恒星質量的大小,這里簡單來說有幾條路徑:1,極小質量,一般是太陽質量的10%以下,這類星體由于質量太小,中心溫度不夠高,以致連氫的核聚變都無法引發,因此它無法演進成恒星,最終會變成一顆褐矮星,慢慢冷卻。
2,大部分的原始星體會隨著核心溫度的升高以及引力的關系,最終引發氫的核聚變,成為一顆正式的恒星,3當恒星的氫逐步聚變為氦時,恒星的中心逐步變成了一個氦核,質量不夠的恒星就會慢慢冷缺,其質量和引力還不足以引發氦元素聚變,變成紅矮星。4質量更大的恒星此時會引發更高溫度和引力的變化,逐步變成紅巨星或者紅超巨星,
紅巨星可能會引發氦元素的核聚變,從而生成碳和硅等元素,中等質量的恒星在變成碳核心之后,會變成白矮星。5紅超巨星的有可能繼續發生碳硅的聚變變成鐵,一般來說無論恒星多重,最終的聚變結果只能是鐵,恒星內部不能產生比鐵更重的元素,鐵以后的原子核,目前的科學理論認為只能在超新星爆發中產生。由于人類目前對恒星演進的研究還處在初始階段,甚至一部分論點還是源自于計算機的模擬結果,所以無論是核聚變的順序,亦或恒星的生命演進過程,還有許許多多的空白需要后人去完善補充和修正,
3、為什么核聚變到產生鐵元素時就停止了?
鐵元素后,核聚變依然能進行。只是聚變將不再釋放能量,而是吸收能量,所以恒星內的核聚變當聚變到鐵后(準確的說應該是鎳-62,但鎳最后都會變成鐵),因為不再釋放能量,恒星的平衡被打破,核聚變也就進行不下去了。為什么鐵之后的聚變要吸收能量?因為鐵的比結合能最高,解釋比結合能前,先了解什么是結合能?原子核是核子憑借核力結合在一起構成的,要把它們分開,也需要能量,這就是原子核的結合能(bindingenergy)”――摘自人教版高中物理選修3-5教科書。
結合能不是元素原子核擁有的能量,只是要拆開(裂變)或組合(聚變)原子核時需要吸收或釋放的能量,原子核里核子數(質子與中子都是核子)越多,結合能越高。而比結合能=結合能÷核子數,也叫平均結合能,結合能與比結合能之間的關系,相當于GDP與平均GDP之間的關系,就像GDP再牛也沒什么意義,主要得看平均GDP一樣,所以核聚變的重點是看比結合能而不是結合能。