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文章作者:管理一号 | 2019-05-31
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核算机芯片所用的硅、航空发动机上抗高温的镍基合金、商场中摆设的黄金、铂金……我们赖以生计的国际是由各类元素构成的,而这些比铁更重的元素(简称超铁元素)来源之谜备受迷信家看重。

比来的一项研究经过核算模仿得出结论,在快速中子抓获过程发生发火超铁元素的实际模型中,80%的超铁元素由坍缩恒星发生发火,其他20%则来自中子星吞并。

恒星毕竟是怎样“点铁成金”的?中子在这个过程当中又扮演了甚么人物?

元素构成以铁为界

“如今比铁轻元素的构成机制已清楚,而超铁元素的来源则存在慢速中子抓获过程(s-过程)、快速中子抓获过程(r-过程)和p-过程等多种实际模型。”我国原子能迷信研究院核物理研究所实验核天体物理创新团队研究员李志宏在遭受科技日报记者采访时注解。 

世界大年夜爆炸3分钟后,最原始的核构成开端了。质子、中子、光子、电子等活着界中“横行霸道”。在彼此磕碰和结合过程当中,氢、氦和极大批的锂、铍、硼元素出生了。 

后来,部分物质“抱团”渐渐构成了恒星。恒星外部以氢核和氦核为原料,赓续停止核反响,生成更重的元素,并释放出能量。 

“由于原子核均带正电荷,两核之间的结合需求较高的温度条件以克服异性相斥的库仑力。元素越重,带电量越大年夜、库仑力越大年夜,构成该元素所需的温度就越高。”李志宏举例,当恒星温度超出30亿摄氏度时,才干构成原子序数为14的硅元素,硅元素再与其他核素反响构成更多元素,直到原子序数为26的铁元素停止。 

“恒星的核燃烧阶段构成的最重元素为铁元素,这是由于铁元素的比结合能最高。” 李志宏进一步简介,质子和中子等核子结构成原子核不轻易,而将现已构成的原子核拆开也需求能量,这类能量被称为原子核的结合能,而结合能与核子数量标比值被称为该原子核的比结合能,即拆开原子核时,均匀到每个核子上所需的能量。比结合能越高,解释原子核越不轻易“散架”。 

铁元素的结合能最高,这意味着甚么?“铁元素为核反响放热和吸热的‘分水岭’,若生成铁之前的元素,反响放热,恒星升温;生成超铁元素,反响吸热,恒星冷却。”李志宏告诉科技日报记者,恒星一旦冷却,便没法再供给满足的温度克服下一个元素构成的库仑力,核反响链便在铁这儿“戛但是止”了。 

中子助力原子核“增重” 

恒星核燃烧过程只能构成比铁轻的元素,那么我们四周的金、银、铂等超铁元素从何而来? 

在三类重要的超铁元素实际模型中,有两类均与中子有关。李志宏指出,由于中子呈电中性,在参加核反响过程当中没有库仑力的困扰,因此学界认为绝大年夜多半的超铁元素是经过铁“种子”抓获中子而发生发火的,并根据“抓到”中子的相对速度有了快慢之分,p-过程则可以或许讲解30余种没法经过中子抓获发生发火的丰质子核素(p-核)的疑团。 

“慢速中子抓获过程普通发生发火在红巨星阶段,可发生发火世界中现有超铁元素约一折半量的超铁元素。”李志宏指出,随着红巨星赓续燃烧,其外部的碳氧中间可发生发火中子,成为重要的中子源。当铁原子核抓到中子时,原子核内便不再“稳如泰山”了。不才一个中子被抓获之前,不稳定的铁核会停止β衰变,核内的一个中子改变成质子。元素周期表中位列第27位的钴元素就此出生。钴核再抓获中子,便可发生发火更多的重核。“如今学界现已过实际核算及实际谱线不雅测渐渐证清楚明了该模型的迷信性。” 

“快速中子抓获过程普通发生发火在中间塌缩的超新星迸发或两个中子星吞并过程当中,可发生发火约一半的超铁元素。”李志宏注解,这两种天体活动中,很多的中子喷发而出,一个原子核会被中子包抄起来,因此抓获中子是件敏捷且垂手可得的事,从铁“种子”一步步生成铀只需1秒。 

大年夜部分元素都能经过以上两种中子抓获过程发生发火,还有约1%的超铁元素是经过p-过程发生发火的。如今,迷信家还未揭开p-核构成的悉数奥妙,其发生发火过程有待进一步商量。 

“核过程研究不只努力于寻觅世界元素的来源,还为我们供给了一个‘看见’恒星外部深处的窗口,知道恒星中能量发生发火的过程和演变前史。”在李志宏看来,这些疑团的商量也会助力人们开辟新的核动力,为国防扶植和公平易近经济生长办事。 


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