Fe为什么不能发生核聚变呢?地球上相对说有很多Fe元素的原因与此有关吗?
来源：学生作业帮助网 编辑：六六作业网 时间：2024/11/01 08:34:28
Fe为什么不能发生核聚变呢?地球上相对说有很多Fe元素的原因与此有关吗?
Fe为什么不能发生核聚变呢?
地球上相对说有很多Fe元素的原因与此有关吗?
Fe为什么不能发生核聚变呢?地球上相对说有很多Fe元素的原因与此有关吗?
实际上是这样的：
原子核里边质子、中子总数不一样的时候,原子核的能量就不一样.一般以“比结合能”这个数据来衡量原子核能量大小.
结合能,就是指单个质子或中子聚变生成某种原子核时释放的总能量.比结合能,就是用某种原子核的结合能除以原子核的质量数（也就是质子、中子总数）所得的比值.可以看到,比结合能越低,则原子越不稳定,因为原子继续释放能量的潜力更大,能量越高越不稳定.
而比结合能是有最大值的,最大值出现在质量数为56的位置,也就正好是铁的位置.质量数大于56的原子核在裂变时放出能量,质量数小于56的原子核在聚变时也放出能量.
从微观角度谈就这种原因的话,就要从原子核内部作用力的角度分析了,原子核内质子、中子之间同时存在电磁相互作用与强相互作用,通俗一点讲的话,这两种作用力的代数和达到最小值的时候,原子核就最稳定.而这两种相互作用达到最小值,恰好是在质量数为56的时候.
所以铁原子核是当前发现的最稳定的原子核,无论是裂变还是聚变都要吸收大量能量.所以仅仅有铁元素是很难发生聚变的.这就是为什么地球上存在大量的铁,月球、火星上也存在大量的铁的缘故.
但也绝不能说铁就一定不能再聚变.一方面,如果用氢、氦等比结合能低的元素与铁发生聚变,使得到的原子核比结合能加权平均值比参加反应的氢、氦、铁等元素还要高,那么聚变放能也是可以实现的,只是条件很苛刻.
另一方面,铁的聚变无非需要两个条件：强大的压力与足够的温度.在地球上这些条件可能实现不了,但在天体演变中却是可以实现的,尤其是超新星爆炸,短时间内可以提供足够的条件使铁聚变,从而生成溴、碘、金、银、铅、铀等重元素.
从宇宙学角度来讲,实际上生成铁也不容易.氢元素比结合能很低,可以比较容易聚变成氦等元素,但氦再聚变就很困难了,条件非常苛刻,至少太阳做不到.如果要聚变成铁,那就需要恒星质量非常大、内部温度压力非常高才行,一般认为恒星质量要达到太阳的10至20倍甚至更多才能生成铁元素.
而地球上存在的N种重元素,不出意外是远古时代超新星爆炸结果,至少可以说明太阳已经不是第一代恒星了.