一般来我们讲核聚变的顺序主要是指恒星的核聚变。由于真正进行核聚变的是原子核(所谓核聚变就是这个意思),所以需要通过高温的条件来分离原子核与电子,恒星和氢弹发生的核聚变反应有所不同,解释比结合能前,先了解什么是结合能,铁是质量和体积小恒星,核聚变剩下核心最终产物。
1、什么是核聚变?
所谓核聚变是指较轻的原子核在一定条件下结合成较重的原子核。这种反应很难发生,因为所需的条件非常苛刻,在正常情况下,原子核不会单独存在,而是在其周围会有电子绕行。由于真正进行核聚变的是原子核(所谓核聚变就是这个意思),所以需要通过高温的条件来分离原子核与电子,另一方面,原子核携带着正电荷,由于库仑力,原子核之间会互相排斥,它们很难互相结合。
为了使原子核发生聚变,就必须要有高温的环境,使原子核具有足够高的动能来克服能垒,此外,由于原子核极小,即便它们的动能很高,它们之间互相碰撞的可能性很低。因此,核聚变反应还需足够高的密度或者说压力,这样才能提高原子核之间发生碰撞的概率,在满足反应条件之后,当原子核足够接近时将会发生量子隧穿效应,从而开始核聚变反应。
由于反应后的质量小于反应前,那部分减少的质量则会转化为巨大的能量被释放出来,这就是恒星和氢弹的巨大能量来源,不过,恒星和氢弹发生的核聚变反应有所不同。在恒星的高温高压核心部分,氢原子核会聚变为氦原子核,但氢弹爆炸并没有那么高的压力,只能使用更容易发生核聚变反应的氘和氚。这两种重氢比普通氢原子多出了中子,它们的反应能垒较低,所以更容易结合成氦,
2、核聚变的顺序是什么?
一般来说,我们讲核聚变的顺序主要是指恒星的核聚变。大概的顺序如下:氢-氦-碳-氧-镁-硅-铁但这并非说所有的恒星都是这样能聚变到铁,这很大程度上去取决于恒星质量的大小,这里简单来说有几条路径:1,极小质量,一般是太阳质量的10%以下,这类星体由于质量太小,中心温度不够高,以致连氢的核聚变都无法引发,因此它无法演进成恒星,最终会变成一颗褐矮星,慢慢冷却。
2,大部分的原始星体会随着核心温度的升高以及引力的关系,最终引发氢的核聚变,成为一颗正式的恒星,3当恒星的氢逐步聚变为氦时,恒星的中心逐步变成了一个氦核,质量不够的恒星就会慢慢冷缺,其质量和引力还不足以引发氦元素聚变,变成红矮星。4质量更大的恒星此时会引发更高温度和引力的变化,逐步变成红巨星或者红超巨星,
红巨星可能会引发氦元素的核聚变,从而生成碳和硅等元素,中等质量的恒星在变成碳核心之后,会变成白矮星。5红超巨星的有可能继续发生碳硅的聚变变成铁,一般来说无论恒星多重,最终的聚变结果只能是铁,恒星内部不能产生比铁更重的元素,铁以后的原子核,目前的科学理论认为只能在超新星爆发中产生。由于人类目前对恒星演进的研究还处在初始阶段,甚至一部分论点还是源自于计算机的模拟结果,所以无论是核聚变的顺序,亦或恒星的生命演进过程,还有许许多多的空白需要后人去完善补充和修正,
3、为什么核聚变到产生铁元素时就停止了?
铁元素后,核聚变依然能进行。只是聚变将不再释放能量,而是吸收能量,所以恒星内的核聚变当聚变到铁后(准确的说应该是镍-62,但镍最后都会变成铁),因为不再释放能量,恒星的平衡被打破,核聚变也就进行不下去了。为什么铁之后的聚变要吸收能量?因为铁的比结合能最高,解释比结合能前,先了解什么是结合能?原子核是核子凭借核力结合在一起构成的,要把它们分开,也需要能量,这就是原子核的结合能(bindingenergy)”――摘自人教版高中物理选修3-5教科书。
结合能不是元素原子核拥有的能量,只是要拆开(裂变)或组合(聚变)原子核时需要吸收或释放的能量,原子核里核子数(质子与中子都是核子)越多,结合能越高。而比结合能=结合能÷核子数,也叫平均结合能,结合能与比结合能之间的关系,相当于GDP与平均GDP之间的关系,就像GDP再牛也没什么意义,主要得看平均GDP一样,所以核聚变的重点是看比结合能而不是结合能。