所有元素中,鐵的原子核的能量水平最穩(wěn)定。因此比鐵更輕的元素(比如氫)會想方設法通過核聚變讓自己變重。
而鈾(U)、钚(Pu)這些比鐵重的元素則會發(fā)生核裂變,讓自己變輕。比如鈾235,一旦吸收中子,就會裂變成氪92與鋇141。
如圖2-1所示,原子越重,原子核的結(jié)合能越大,結(jié)合之后就越穩(wěn)定,因此核聚變的順序是氫先聚變成氦,然后再聚變成碳……如此這般。
然而核聚變反應到鐵就結(jié)束了。比鐵重的元素的結(jié)合能偏小,反而不穩(wěn)定。它們不光無法進行核聚變,反而會為了變成最穩(wěn)定的鐵進行核裂變。
順便一提,核電站與原子彈利用的就是鈾等比較重的元素發(fā)生核裂變時釋放出的能量。這些能量會轉(zhuǎn)化為熱能。換言之,核電站的發(fā)電原理就是把上圖右側(cè)結(jié)合能的差值轉(zhuǎn)換成電力。
太陽之所以能釋放出能量,是因為氫進行核聚變時多余的能量轉(zhuǎn)變成了光與熱。太陽能發(fā)電技術利用的就是這些能量。我們熟悉的石油與煤炭,也是遠古時代的植物通過化學方法固定下來的太陽能。所以火力發(fā)電利用的也是上圖左側(cè)的核聚變能。
那么比鐵重的元素究竟是在宇宙的哪個角落形成的?形成的原理又是什么?
比鐵重的元素不算多(大約65種),但每一種都在我們的生活中發(fā)揮著重要作用。沒有鋅(Zn),我們的神經(jīng)就無法順暢地傳導信息;沒有碘(I),就無法合成甲狀腺素,導致全身代謝速度異常下降。銀(Ag)、金(Au)與鉑(Pt)都比鐵重得多,雖然數(shù)量不多、但它們的確存在于自然界。
這些重元素是怎么誕生的呢?長久以來,這一直是宇宙的未解之謎。不過現(xiàn)在科學家通過研究發(fā)現(xiàn),大多數(shù)重元素都來源于超新星爆炸。