宇宙中的超重元素形成之谜：铁之后还有哪些

无论你相信与否，除了氢、氦和锂元素之外，宇宙中的所有元素都是由恒星在演化过程中形成的。因此在小学的课外读物中，你也会看到“恒星大工厂”的说法。事实上，这一点一点都没有错，几乎所有的元素都是由恒星制造出来的。

宇宙在诞生时形成了几种元素，其中氘元素是氢的同位素，所以也算是氢元素的一种。不同质量的恒星能够形成不同重元素的阶段是不一样的。在核聚变过程中，越往后的元素结合所需的温度也越高，低质量的恒星无法达到如此高温，所以只能由大质量恒星形成。

然而，无论恒星有多大质量、内核温度有多高，在恒星阶段到达铁-56的时候，核聚变就会停止。铁-56是最稳定的元素，在这个阶段，恒星内部形成了洋葱状的多层元素结构。但是，这个阶段下的恒星结构非常不稳定，自由中子可能会被其他元素捕获形成更重的元素，但所占比例并不高。

铁-56之前的元素在核聚变时能够释放能量，而铁-56之后的元素如果要进行聚变形成更重的元素，就需要吸收大量的能量。

下面这张图是元素的比结合能曲线图，铁-56在峰值处，结合能是将原子核中的质子与中子分开的能量，比结合能是结合能与核子数的比值，越高表示这种元素越稳定。

然而，恒星内核已经无法再进行核聚变，外部的壳层在辐射压支撑不住的情况下，会迅速向内核坍缩，这种巨大的撞击能量将导致恒星超新星爆发，这些能量为重元素的形成提供了条件！然而，超新星爆发并不是重元素的主要来源，中子星合并才是重元素甚至超重元素的主要来源！

在恒星演化末期的极不稳定内核中，铁-56通过捕获中子增加质量形成更重的元素，同时超新星爆发也会形成重元素。这个过程可以分为两种情况：恒星演化末期的慢中子捕获生成重元素，以及超新星爆发时形成重元素。

慢中子捕获过程也称为S-过程，发生在恒星演化末期超高温内核中。在这个过程中，铁-56会捕获中子形成铁-57，然后铁-57释放一个高能电子形成钴-57，接着钴通过慢中子捕获形成更重的元素。这个过程发生在Ag到Sb之间的范围内。

快中子捕获过程发生在恒星超新星爆发阶段，被称为R-过程。铁-56元素通过连续的快中子捕获形成重元素，所以快中子捕获形成的重元素占恒星形成重元素的一半以上。

无论是哪种过程，铁-56都是最原始的元素，重元素都是以铁为种元素的中子捕获过程中生成的。

另一个形成重元素的过程是中子星合并，这是中子星结构崩溃后，中子会衰变成质子、电子、反中微子和光子，其中质子与中子生成大量的重元素。在中子星合并的强大能量中，也会存在大量的铁元素。这个过程与S-过程和R-过程相同。

元素的形成只需要条件合适，就可以在瞬间完成。但是问题关键是这个条件，即使是最容易创造的元素氦，人类为实现这个条件已经花费了数百亿美元，但到目前为止，仍然不能稳定地生产氦元素。当然，这不是重点，因为我们真正想要的是在这个过程中释放的巨大能量！目前只能稳定地应用裂变，这种捕获一个自由中子后原子核会发生分裂的行为也会产生大量的能量。不过，它的缺点是质量损失低（约为0.093%，聚变为0.7%左右），同时会产生巨大的放射性污染，还会产生核废料和比特币挖矿！

革命尚未成功，继续努力，继续奋斗吧，年轻人！