宇宙形成之初,元素种类极为有限,铁之后的重元素都是由哪些途径产生的?
宇宙中,铁以上的重元素主要来自恒星内部的 s- 过程和 r- 过程
在恒星内部,通过核反应最高只能聚变出铁元素。铁 56 的比结合能最大(实际上是镍 62,但镍 62 并不在主流核反应路线上,而且因为“光致蜕变”作用,高能伽马射线会切断原子核),再要合成更重的元素,就不是放热反应,而是吸热反应了,因此更重元素无法通过核聚变来产生,主要来自恒星的超新星爆炸或双中子星合并。
超新星爆炸和双中子星合并的时候,伴随着高密度的中子流,每秒每立方厘米高达 100 万亿亿个中子。在如此之多的中子碰撞下,较轻的原子核如同沐浴在中子的“沙尘暴”里,各种各样的富中子原子核被制造出来,而又迅速发生β衰变,最终变成较稳定的原子核。铱、锇、铂等贵金属、其他重元素以至放射性元素都可以通过这种“快中子俘获”过程(r- 过程)制造出来。

那是不是所有重元素都来自超新星或双中子星合并呢?也不尽然,在恒星内部,也有一条持续稳定的路径,让比铁重的元素逐一生成,这就是“慢中子俘获”。
第一代超新星爆炸出一些重元素的碎屑,有些飘荡在宇宙空间,凝结成行星,也有些被其他恒星吸引过去,成为进一步核反应的母核。在恒星内部,存在各种各样的辐射,其中就有中子辐射。偶然的机会,“贪吃蛇”母核将中子俘获过去,“吃”进肚里,变成更大的原子核。这个过程很漫长,可能要一年,甚至十年,才会发生一起俘获事件,所以称为“慢中子俘获”(s- 过程)。这些原子核就如同滚雪球一般,越来越大。然而雪球毕竟是有限度的,吃胀肚子的不稳定原子核会发生β衰变,吐出电子和中微子,变成了原子序数 +1、原子量相同的其他元素。

相比较而言,r- 过程效率较高,s- 过程的贡献较低。
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