化学元素是怎样形成的？ 宇宙正在膨胀的现象导致了下述概念：在150亿年

化学元素是怎样形成的？ 宇宙正在膨胀的现象导致了下述概念：在150亿年 化学元素是怎样形成的, 宇宙正在膨胀的现象导致了下述概念:在150亿年之前, 目前宇宙中所有的物质都集中在一个很小的区域内～后来在一次被称之为‘大爆炸’,Big Bang,的事件中爆开。爆炸产 9 生的初始温度高达10K, 产生的粒子动能太大, 无法结合成我们今天所知的物质。然而, 宇宙的温度随着它的膨胀而下降, 减了速的粒子在强力作用下结合成原子核～而电磁力则将电子束缚在核的周围形成原子。强力是指存在于质子之间、中子之间以及它们相互之间的短程强吸引力,电磁力则是电荷之间的一种长程作用力。 如果‘大爆炸’的观点正确～爆炸发生的2小时后就足以使大多数物质以H原子和He原子的形式存在了。从一定意义上 讲～从大爆炸发生后的2小时算起, 后来发生的变化并不大～因为H和 He至今仍是宇宙中丰度最大的两个 ,图,。 元素 人们认为最早的星球是由H和 He的原子云凝聚而成的。原子云在 重力作用下收缩造成星球内部的高 温和高密度～从而创造了发生核聚 Fig. Abundances of the elements in the universe. (Elements with odd Z are less stable than their neighbors with 变反应的条件。周期表中原子序数 even Z. The abundances refer to the number of atoms of each 等于和小于26(Fe)的那些元素都是6element relative to Si taken as 10.) 由H核和He核发生核聚变反应的产 物。以H核,p, 即质子,聚变形成He核,即α粒子,的过程为例～足以说明这类反应的复杂性。 12113 C-12俘获一个质子: C + p ? N + γ 617 1313+ N-13发生正电子衰变并伴随发射中微子: N? C + e +ν 76 13114 C-13俘获一个质子: C + p ? N + γ 617 14115 N-14俘获一个质子: N + p ? O + γ 718 1515+ O-15发生正电子衰变并伴随发射中微子: O? N + e +ν 87 151124 N-15俘获一个质子: N + p ?C + α 7162上述过程实际上是以C-12核为催化剂构成的催化循环～反应的净结果是: 14+ 4 p ?α + 2e + 2ν + 2γ 12 需要指出的是～宇宙膨胀的早期不存在C核～那时发生的是非催化的H核聚变。 8He核聚变反应的一个例子是, 两个α粒子碰撞生成Be核, 后者继续与另一个α粒子 12反应生成C: 8412 Be + α ? C + γ 426 与轻元素的不同～原子序数大于26的元素的核合成反应涉及各种不同的耗能过程～其中包括俘获中子的核反应。在中子通量较高的条件下～一个核可以连续俘获几个中子成为越来越重的同位素～重到一定程度后, 即发射出一个电子,β粒子,导致原子序数增加1～形成一个新元素。例如: 98199 Mo-98 俘获一个中子: Mo + n ? Mo + γ 42042 9999- Mo-99发生β衰变并伴随发射中微子: Mo ? Tc + β + γ 424399Tc还可继续俘获中子形成更重的元素。 43