[科技長廊•化學篇]化學元素是如何形成的?(圖)


【看中國2013年09月25日訊】探索化學元素的起源和形成是一個既古老又新鮮的問題。關於化學元素起源的理論要能夠說明現在宇宙中各種化學元素的丰度,也就是說,元素及其同位素的分布規律,不僅與原子結構有關,而且與元素的起源和演化相聯。

早期的化學元素起源假說有平衡過程、中子俘獲、聚中子裂變等,它們都試圖用單一過程解釋全部元素的形成原因,結果是顧此失彼,不能自圓其說。1957年,伯比奇夫婦、福勒和霍伊爾以宇宙的元素丰度為基礎,推出了元素在恆星中合成的元素起源假說,簡稱B2FH(四位科學家姓名的英文字頭)理論。這一理論認為,所有的化學元素並非通過單一過程一次形成,而是由氫通過與恆星不同演化階段相應的4個通程逐步合成的,然後由恆星拋到宇宙空間,就是我們觀測到的化學元素及其同位素。

化學元素

1.氫燃燒溫度高於700萬度條件下,每4個氫核融合為1個氦核。

2.氦燃燒:在溫度高於1000萬度條件下,由氦核融合為碳-12核和氧-16核等。

3.a過程:a粒子與氖-20相繼反應生成鎂、硅、硫、氬等。

4.平衡過程:溫度高、密度高的條件下,生成釩、鉻、錳、鐵、鈷、鎳等。

5.慢中子俘獲過程。

6.快中子俘獲過程:5和6生成比鐵系更重的元素。

7.質子俘獲過程:生成一些低丰度、富質子同位素。

8.X過程:生成重氫、鋰、鈹、硼等低丰度輕元素。

B2FH理論不斷得到原子核物理、天體物理和宇宙化學等方面新成果的補充和修正。主要是溫度6000萬至4億度發生碳、氧和硅燃燒過程,解釋氖至硅、硅至鈣和鐵等元素的丰度;大爆炸宇宙學認為,宇宙早期溫度很高,生成大量氦,解釋氦在許多天體上丰度大的原因;用宇宙粒子碰撞星際空間的碳-12、氮一14、氧-16、氖-20等原子,並使其碎裂,來說明鋰、鈹、硼等輕元素的丰度。

當今,大多數科學家都接受質子聚變(氫聚變成氦,再形成鋰、硼等輕元素)和中子俘獲(氦轟擊輕原子產生中子,輕元素原子核俘獲中形成較重元素)是宇宙形成化學元素的兩個主要過程,直到今天,這兩種過程仍在恆星內部繼續合成各種化學元素。



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