核不稳定性壁垒

什么是核不稳定性势垒？

恒星是核聚变中心，化学元素从最轻到最重在此形成。较轻的元素通过核聚变结合成更重的元素。反应释放的能量用于维持恒星核心的温度和压力。聚变释放的能量取决于融合原子核的质量。然而，原子核越重，释放的能量越少。铁元素存在核不稳定性屏障。铁是原子核最稳定的化学元素。两个铁原子核的聚变不会释放能量，反而会吸收能量。这就是核聚变止于铁的原因。也就是说，超过铁之后，形成更重元素需要输入能量而非释放能量，这与轻于铁的元素聚变不同。

这可以通过原子核的稳定谷以及涉及的核过程来解释。当较轻的元素在恒星核心聚变时，会释放能量，因为最终核心的质量略小于原始核心质量之和。比铁轻的原子核可以通过聚变达到更稳定的构型，从而释放能量。从Z=20开始，随着原子核增大，必须融入比质子更多的中子。因此，对于铁（原子序数Z=26）之后的元素，核聚变需要吸收能量而非释放能量。也就是说，比铁重的原子核发生聚变时，会形成更不稳定的核，并且需要输入能量而非释放能量。这就是核不稳定性屏障所在的位置。

比铁更重的元素是如何形成的？

在衰老恒星的核心之外，其外层区域发生着形成比铁更重元素的过程。慢中子捕获（又称s过程）是促成比铁更重元素形成的两大中子捕获过程之一。在红巨星阶段，恒星发生核反应并释放能量。恒星外层中存在的轻原子核缓慢捕获中子，形成不稳定的原子核。部分通过中子捕获形成的原子核随后发生β衰变，其中子转化为质子，从而增加原子核的原子序数。这一过程重复多次，逐步形成更重的元素。这些元素在元素周期表中位于铁之后。当恒星以行星状星云的形式抛射其外层时，由s过程形成的元素便被释放到太空中。

s-过程的特点是慢中子俘获，因此得名。 它负责产生许多稳定的重元素，如银、钡和铅。

另一种过程是快速中子捕获过程，称为r过程。它发生在超新星爆发或两颗中子星合并期间。这一过程会释放大量中子。通过快速捕获中子，原子核变得不稳定。一定数量的不稳定原子核会发生β衰变，其中中子转化为质子，并释放出一个电子和一个反中微子。这增加了原子序数，使元素转变为更重的元素。r过程负责宇宙中金、铂和铀等元素的生成。