在先前的文章中,我們說到了我們都是由星塵組成的。除了氫(太陽的燃料),我們身體中的其他原子都是在超新星以及恆星核心之中融合而成的。不過,這個核聚變過程還是很複雜的,並且也很難,即使是在恆星的核心之中。例如,看似簡單的氫核聚變成氦,這是我們太陽的主要能量來源。
通過簡單的計算可以得到,太陽核心的溫度約為300萬開爾文(開爾文K為熱力學單位,與攝氏度的轉換關係為:開氏度 = 攝氏度+273.15)。但實際上太陽核心的溫度接近1500萬開爾文,並且壓力超過地球海平面大氣壓的3000億倍。在如此高的溫度和壓力下,氫原子核(質子)相互撞擊。但僅讓原子核發生碰撞並不足以使它們發生核聚變。氫原子核帶正電,所以它們距離越近靜電斥力就越大(同性相斥)。原子核之間的靜電斥力非常之高,使得大多數碰撞並不能強大到足以克服這個斥力。
元素周期表
幸運的是,這些原子核不需要克服所有的排斥力。通過一種被稱為量子隧穿的效應,那些距離已經足夠接近的原子核可依賴於量子力學來穿過排斥障礙。並不是所有的接近碰撞都會導致量子隧穿,但足夠質子融合成氦-2(也稱為雙質子,即只有兩個質子組成,而沒有中子)。
不幸的是,大部分的這些氦-2原子核會立即衰變為兩個質子。與普通的氦-4相比,氦-2極其不穩定,所以簡單的質子碰撞不會產生穩定的氦。然而,在極少數情況下,氦-2將衰變成氘(氫的一種穩定同位素,比常規氫原子多了個中子),以及一個正電子和中微子。中微子迅速逃離太陽,而正電子與電子碰撞產生伽馬射線。
即便從質子的對撞中產生氘是極其罕見的,氘還是可以在太陽核心中積累起來。通常,氘會與流浪的質子碰撞產生氦-3。氦-3是氦的一種穩定的同位素,而它也可以在太陽核心中積累起來。
因為氦-3擁有兩個質子,使得質子很難與氦-3碰撞產生鋰-4。鋰-4也極其不穩定,所以這樣的反應沒多大用。相反,一個氦-3通常會與另一個氦-3核碰撞產生鈹-6,而鈹-6會很快衰變成氦-4和兩個氫原子核。
太陽中的質子-質子鏈反應
從質子到氘到氦-3到氦-4的這個過程被稱為質子-質子鏈反應(pp鏈反應),這是太陽核心產生能量的主要來源。還有其他核聚變過程也會產生能量,如碳氮氧循環,太陽中有1.7%的氦-4是由此產生的。在較大的恆星中,還有更進一步的核聚變過程,產生更重的元素。然後大質量的恆星爆炸成超新星,拋出這些元素,最後它們構成了後來的我們。
所以事實的確如此,我們都是由星塵組成,但產生星塵需要一些相當複雜的核物理過程。
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