恒星中的核反应 处在“井”中的原子核
比结合能曲线
【引论】 ①结合能：自由核子（中子和质子）在组合成复杂原子核的时候因为质量亏损而释放出的E=△mc²的能量。 ②比结合能：平均每个自由核子在组合形成复杂原子核时释放出来的能量。 ⒈恒星中轻元素的形成： 原子形成之后，由于某种不稳定因素造成了星系的形成。 一开始，星系是H和He的混合体。由于引力作用，恒星要坍缩，使得原子核动能增加，也就是体系的温度增加，当温度足够高时，带电粒子间就可以克服库仑斥力发生熔合核反应，从而形成较重的原子核。熔合反应中释放出来的辐射能量形成向外的压力，阻止尽一步的引力坍缩。这样星体就处于一段时期的平衡状态（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。 ⒉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。 ⒊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4π的立体角度轰击并达到压缩反应核的目的） 恒星因为燃烧自己来阻止自身的坍塌，恒星中心温度极高，最终的决定因素是看恒星的初始质量M，根据物理学力的平衡来分析恒星最终的演化：以太阳的质量M⊙=1.99×(10^30)Kg为计量单位，①如果恒星的质量M＜0.1M⊙，则由于电子简并形成对外压力足以抗衡恒星自身的引力，恒星终止于冷却的电子、质子和α粒子的混合体；②如果M＞0.1M⊙，则恒星中心温度将高于(10^7)K，氢燃烧（此燃烧不同于一般的化学燃烧，特指熔合核反应）点火，核反应释放出的能量弥补了星体表面释放出去的能量，星体因此而平衡；③M＞0.25M⊙，核心氢燃烧完后，引力坍塌引起中心温度再上升10倍〖(10^8)K〗，这种燃烧、坍缩将继续持续下去；④M＞4M⊙，持续的反应将导致形成O、Ne、Mg的恒星核心；⑤M＞10M⊙，星体可以燃烧O、Si等形成Fe核心，这时的恒星就像棵洋葱，从里到外依次是Fe、Si、Ne、O、C、He、H等，外层元素的聚变导致Fe核心越来越大，引力作用最终打破电子简并的热抗衡作用，造成急剧的引力坍塌，即超新星爆炸！剧烈的爆炸将向外层空间抛出多达1.4M⊙的质量，然后剩下部分变成中子星或者质量特别大变成黑洞！超新星爆炸后的几天内，会把巨大的星际空间照亮。对于质量小一些达不到Fe核心的恒星，它们最终形成白矮星，白矮星在形成的过程中也会向星际空间抛射物质。 中子星是一种燃烧的残余物，只不过它的电子简并被打破，支撑它的是中子简并。而黑洞则是被引力完全控制的奇异天体现象。 被抛射到星际空间的物质多是H、He等盘踞在星球表面的轻元素，它们到了外层空间之后，又会因为质量产生的万有引力集合起来，成为新的星体原料，进入又一个循环。太阳就是这样的一个二代恒星。每一次循环都会留下一个质密的星体，并使重元素逐渐增加。
第一步求立方体模型中的核子-核子对数，设结果为n：当N=1时，没有核力能，N=2时，有12个核子-核子对，N＞2时，有{[3×4+4×4×(N-2)+5×(N-2)^2]+(N-2)[4×4+5×4×(N-2)+6×(N-2)^2]}/2个核子-核子对。
第二步：设每个核子——核子对由于这种结合而对核的总结合能的贡献是K，总静电势能正比于N^6/D,比例是A,则E=(nK-AN^6/D)/N^3
第三步就比较随意了，根据Fe的数据，假定A=1，求出K。
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