铁元素为什么可以摧毁恒星

恒星中发生的核聚变反应是从氢的聚变开始的.先是由氢聚变为氦,然后依次是碳、氧、氖、钠、镁.一直到铁.能否发生核聚变及其可能性,由两个因素决定,一是原子核的大小.原子核越小,核与核之间的电斥力越小,原子核之间就越容易靠近,也就越容易发生聚变.原子核越大,核与核之间的电斥力越大,就需要更大的热运动速度,才能保证核与核之间相互接近,使强核作用力起作用,把它们拉到一起,成为一个更大的原子核.二是原子核的结合能.必须保证新产生的原子核的内能小于聚变前各原子核内能的总和,即聚变后有能量的释放.

原子核内能大致是下面这张图.

由上图可知,氢聚变为氦时,释放出的能量是最大的,同时由于氢原子核是最小的（只有一个质子）,聚变反应也最容易发生（所需温度最低）,随着原子核体积的增大,核内质子数的增加,核与核之间的电斥力增大,反应难度也在加大,反应释放出的能量却在减少.在所有已知元素中,铁的原子核内能是最小的.铁以后的重金属元素,如铀、钚,就不是聚变放能,而是裂变放能了.原子核越大,越不稳定.当快中子进入铀、钚的原子核时,原子核的稳定性受到破坏,就会一分为二,裂变为两个较小的原子核,同时放出能量.

而对于铁,不论是让铁聚变,还是裂变,不但不能释放能量,还需要给它注入能量,这就是在恒星中,一旦产生出铁,核反应就不能再继续进行下去的原因.铁就会在恒星的中心积累起来,越来越多,形成由铁组成的核心.

恒星是依靠核聚变反应释放出的能量所产生的向外的辐射压,与恒星质量产生的向内收缩的引力相平衡,来保持恒星的稳定的.当恒星内部的核聚变反应到铁而终止,不再发生新的核聚变反应时,没有了能量的释放,没有了向外的辐射压,引力就会占上峰,恒星就会急剧向内收缩.根据计算,外层物质在向内收缩并接近中心的铁核时,速度甚至能接近光速.但铁核是非常坚硬的,仿佛是一堵墙.物质一旦撞上这堵墙,就会以几乎同样的速度反弹出去,在带给铁核强大动能的同时,以内爆的形式冲出恒星以外,形成超新星爆发.这个过程叫“铁芯灾变”.在恒星以超新星爆发的形式向外抛出物质和能量的同时,在外层物质向内碰撞带给的动能输入下,铁核终于达到了继续合成更重元素原子核的能量需求,钴、镍、铜、铅、金、银、铀、钍等更大、更重的元素形成了.其中一部分就会随着向外抛出的物质一同冲出恒星以外,并散布在宇宙空间,最终成为形成其它星球的原料.地球上比铁重的金属元素就是这样来的,并被我们所利用.

但铁进一步聚合为更重元素原子核需要的能量非常大,所以,越重的元素,形成的量也越少.这也是地球上钠、镁、硅、钙等元素量多,金、银、铀、钍等元素量少的原因.