恒星内部核聚变过程,准确的,写全,从氢到铁,有必要会加悬赏
来源:学生作业帮助网 编辑:作业帮 时间:2024/11/17 02:48:19
恒星内部核聚变过程,准确的,写全,从氢到铁,有必要会加悬赏
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恒星内部核聚变过程,准确的,写全,从氢到铁,有必要会加悬赏
恒星中轻元素的形成:
这样星体就处于一段时期的平横
状态(比如太阳),时间可持续高达1百亿年!当参与熔合反应的核被烧尽后,对外压力减小,引力坍塌又开始,温度继续升高,直到更重的核开始燃烧,这样反复进行,形成了恒星中轻元素的大致形成机制.
一般的星体核心部分温度比较高,燃烧比较快!当氢燃烧结束后,引力坍缩开始,温度可高达几十亿摄氏度.这时He-He熔合的库仑斥力得到克服,熔合产生的辐射使星体外层扩张100~1000倍!表层能量密度和温度会因此而降低,成为红巨星!
2(He-4)→(Be-8),末态粒子Be-8不稳定,寿命只有0.1fs【飞秒,1s=(10^15)fs】.衰变的主要方式是回到He-4,反应吸收91.9KeV的能量,在2×(10^8)K时,He-4平均质心能量只有17KeV,所以只有少部分高能端的He-4能够实现反应,反应平衡时:n(Be):n(He)=1:250.
我们知道星球中C含量很高,远多于我们按2α→(Be-8),(Be-8)+α→(C-12)反应的计算结果.后来发现C-12在7.65MeV处有一个激发态,(Be-8)+α→(C-12)反应释放能量7.45MeV,加上恒星温度很高,体系动能大,足以促使共振核反应的发生.
这就解释了为什么高C含量的问题.就好比C-12所在的位置有一个葫芦形的坑【就像《天龙八部》里鸠摩志和段誉、王语嫣呆的那口枯井,井底是基态,井口是激发态(看比结合能曲线的时候把它倒过来看!),C-12就像是鸠摩志,掉到了这个上下分层的葫芦形枯井里,任他怎么跳都不好跳不出去了,后来还是段誉把他抱上去的,这里的段誉就是一种机缘,核反应也一样,只要条件到了,要跳出这个“坑”还是有可能的.】.
有了C-12,它与α粒子在一定的“机缘”下就可以跳出这个“坑”,生成O-16,Ne-20,Mg-24等原子核,只是这种过程将越来越难,可以这样理解,核电荷数的提高,使得两个核要靠近也变得越来越难上加难!在恒星的这种环境中,轻原子核发生复杂的级联反应,各种核素的量有一定的平衡关系,形成典型的C-N-O-C的循环:(C-12)+p→(N-13)+γ,(N-13)→(C-13)+正电子e,(C-13)+p→(N-14)+γ,(N-14)+p→(O-15)+γ,(O-15)→(N-15)+正电子e,(N-15)+p→(C-12)+α〖其中:p是质子,α是(He-4)原子核,γ是光量子.〗循环中C-12的作用是协助将环境中的质子消耗掉,把它们转变成中子和正电子,使He含量增加的同时,循环中某些核素也会反应得到更重的元素:这是当He燃烧开始减弱时,引力坍缩又开始了,只要星体质量足够大,就可以达到足够高的温度〖约(10^9)K〗,使C-12和O-16燃烧——2(C-12)→(Ne-20)+α或(Na-23)+p,2(O-16)→(Si-28)+α或(P-31)+P.
与此同时,α和原子核的俘获反应仍可发生:α粒子连续轰击N-14可生成:O-18、Ne-22、Mg-26 …… 其它的反应也有,像(α,n)【α粒子入射,产物为一个中子和一个剩余核.】,(p,γ)等,只是反应概率要小得多!
产生质量数靠近60的核是最后燃烧Si的过程,但是由于库仑斥力过高的原因,熔合反应难以发生,主要靠α俘获反应产生更重的核:(Si-28)+α→(S-32)+γ ……在Si燃烧平衡期间,一部分Si反应分解回轻元素,剩余的则向更重的元素进化!这类反应终止于质量数A=56的原子核〖 Ni-56、Co-56、Fe-56〗.从比结合能曲线可以看出,这几个核都处于“井”底,比结合能最大,因而俘获反应不再有利,这样,整个过程就停止了.
恒星中重元素的形成:
对于A>56的原子核,熔合和带电粒子俘获反应不再是有利的形成方式,产生机制主要是通过中子俘获反应,比如,在丰中子环境下(C-12就是辅助p,使得p向中子n和正电子方向过度.),Fe-56有如下的反应:(Fe-56)+n→(Fe-57)+γ,(Fe-57)+n→(Fe-58)+γ,(Fe-58)+n→(Fe-59)+γ,这些核素通过β-衰变,分别转化成Co-57、Co-58、Co-59,在经过中子俘获和(或)β-衰变生成Ni、Cu 等更重的元素.
至于这中间的一些没提到的核素,它们处的“井”较浅,在整个恒星演变中不过是白驹过隙,停留的时间不长,换句话说就是这些核的量是很少的.
恒星的演变:
通过前面的讨论我们知道恒星因为要平衡自身质量带来的万有引力,所以它开始了自我压缩,然后产生聚变反应,靠反应释放出的热量来平衡自身的引力.(目前世界上的可控人工热核聚变反应就两种,一种是磁约束,把反应物氘氚约束在一个磁空间里,使其进行反应;另一种就是用类似恒星上的这种压缩力来压缩反应物,主要靠加速器提供高能质子束从
你照着元素周期表看就可以,原子量从小到大。