無盡的死亡在等待

明確回答：核聚變並沒有到鐵就停止了，宇宙中比鐵重的元素都是通過核聚變得到的，包括人造元素。

認為核聚變到鐵就停止了的認識是隻侷限於恆星主序星過程的核聚變，而沒有認識到超新星大爆炸和大質量天體碰撞過程是一種更高級別的核聚變。

一般來說，像太陽這種中小質量的恆星，核聚變到了碳元素就停止了，沒有足夠的引力激發更重元素的核聚變。大於太陽質量8倍以上的恆星，中心核聚變會一直進行到鐵元素為止。核聚變停止後，中心沒有了抵抗引力壓力的能量，恆星巨大質量導致的引力坍縮以亞光速衝撞鐵核，反彈的速度和能量導致超新星大爆炸。

超新星大爆炸的能量是巨大的，在一瞬間釋放出太陽100億年總釋放能量的若干倍。2016年1月觀測到的一顆超新星爆發，其瞬間亮度達到太陽的5700億倍，比銀河系所有恆星亮度加起來還要亮20倍。

除此以外，還有大質量天體的碰撞，如中子星、黑洞，甚至白矮星，它們同類碰撞或者相互碰撞都會導致和超新星一樣甚至更劇烈的爆發。

不管是超新星爆發還是大質量天體相撞爆發，有時還會形成宇宙最厲害的能量暴~伽馬射線暴，這種射線暴會氣化掉附近上百光年的星體，破壞力可以達到上萬光年，是宇宙第一殺手。據分析，宇宙絕大多數文明都無法發展到高級狀態，就是因為伽馬射線暴不定期清理的結果。

這種大爆發會在周邊一個巨大空間重現宇宙大爆炸初期的億億度高溫和巨高壓狀態，所以在這樣極端的溫度和壓力下，什麼樣的重元素不會生成呢？

現在宇宙中已經發現的118種元素，其中鐵以上元素都是在這種情況下生成的，生成的方式同樣是核聚變，在極高的溫度和壓力下，核融合就成了輕而易舉的事情了。

2017年，轟動整個世界天文學界的一次大事件，就是觀測到了距離我們1.3億光年的兩顆中子星相撞的引力波，據科學家估計，這次相撞生成的黃金碎片散播在太空中，達到300個地球質量。

中子星相撞這種極高壓力和溫度，開始生成的元素應該是超重元素，隨後會不斷裂變，直到形成92號鈾元素才會穩定下來。這其中也會生成47號元素銀、79號元素金、82號元素鉛等。

在元素週期表中118種元素中，有92種是自然界發現的，有26種是人造元素。這是因為有些元素的半衰期太短，自然界丰度就非常小，因此很難得到，就只有通過人工製造來補缺。

這些人造元素一般都是用加速器或核反應堆通過核聚變生成，是在已有元素基礎上，用某種元素的原子核作為“炮彈”來轟擊另一種元素，擊穿原子核外殼擊中原子核，使兩種元素的核融合成一個新核，這樣新元素就產生了。

一般人工製造的新元素都是某元素的同位素，而且只能遵從“加法”，也就是相對較輕元素變為較重元素，比如用硼（原子序數5）轟擊鐦（原子序數98），得到103號元素鐒。

所以不管天然元素還是人造元素，都是採用核融合（核聚變）的方式得到的。

大質量天體發生超新星大爆炸或者相互碰撞得到的重元素，其中雖然有裂變的過程，但最開始形成的超重元素只有核聚變才能得到，有了超重元素，才可以裂變出各種較輕的元素。

我們地球上含有宇宙中存在的所有元素，這說明我們太陽系並不是宇宙原始星雲形成的，而是超新星大爆炸後的再生星雲形成的。

宇宙年齡已經有138億歲。大質量恆星的壽命普遍很短，一般在幾千萬年到幾億年，有的甚至只有幾百萬年，比如R136a1質量相當太陽的265倍，壽命就只有300萬年。因此宇宙初始的大質量恆星早就生生死死很多代了，這樣宇宙中最原始的星雲就應該早就沒有了或者極少了。

宇宙剛誕生時，只有氫和氦和少量的鋰等輕元素，第一代恆星就是以這些元素形成的。

幾億年後，大質量恆星就有很多超新星大爆發消亡了，既然鐵以上重元素都是大質量天體爆炸產生的，因此，在宇宙誕生不久，這些重元素就應該都有了。

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這個問題很有意義，初中化學課接觸化學元素週期表時，化學老師會告訴我們，元素的分類標準有很多種，其一就是人工核素和非人工核素，人工核素就是人工通過核反應等方法制造的元素，那麼非人工核素是怎麼來的呢？當時很少能有同學問出這個問題。

如下圖所示，宇宙中的輕核如氫和氦主要來自於大爆炸初期合成，白矮星爆發會聚變形成一些比鐵小的元素，比鐵重的元素則主要來源於超新星爆發和中子星合併。

劃重點，不是比鐵重的原子核無法發生聚變反應，而是聚變過程吸收的能量比放出的能量高，使得聚變反應無法自持，但只要外界提供的能量高，通過聚變製造出重元素是可以完全有可能的。

超新星爆發

質量是太陽質量8倍以上的天體被稱為超新星，這類天體隨著聚變反應的進行，內部的氫、氦等材料逐漸消耗，在壽期末會由於引力的作用而發生坍塌，瞬間向中心擠壓，然後發生劇烈爆炸，這種現象就稱為超新星爆發。這個過程會釋放出巨大的能量，並釋放出大量的快中子，原子核在高能以及中子的作用下參與核反應形成比鐵更重的原子。

中子星合併

原子彈爆炸的威力人類已經感受到了，比原子彈更厲害的是氫彈，比氫彈威力強許多個次方的就是中子星的碰撞合併，這個過程放出的能量，會令幾百光年內的天體遭殃，這個過程也會形成一些重核粒子。2017年NGC4993星系中兩個中子星合併，就被探測到形成了大量的超重元素，如包括金銀等。

最後，再次強調重點，不是比鐵重的原子核無法發生聚變反應，而是聚變過程吸收的能量比放出的能量高，無法自發持續的聚變，只要外界能量高，通過聚變製造出重元素是可以完全有可能的。只不過由於過程無法自持，是很短暫的，製造出的元素總量也是很少的，重元素只佔了宇宙間元素總量的0.0000001%，其他的全是氫、氦。

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核先生科普

宇宙中含量最多的元素是氫，足夠多的氫依靠萬有引力聚集在一起就能夠點燃中心處的核聚變，宇宙中的恆星就是依靠核聚變向外釋放能量的。質量小的恆星只能將氫聚變成比較輕的元素，恆星的質量越大就能夠聚變到更重一些的元素，然而不論恆星的質量有多大，最多隻能將輕元素聚變到鐵。

這是由於鐵元素中核子（質子和中子）的平均結合能最大的緣故，從比較輕的元素聚變到鐵的過程中會釋放出能量。從鐵開始，若是想聚變成更重的元素，則需要從外界吸收能量。

恆星不能聚變出比鐵重的元素，不過大質量的恆星在晚年要經歷超新星爆發，在爆發的過程中會急劇的向外釋放能量，比鐵重的元素就可以在此過程中大量的產生。

超新星爆發後，恆星的殘骸會是中子星或黑洞，殘留下的中子星也可以成為重元素製造材料。如果宇宙中的兩顆中子星發生碰撞合併，這個劇烈的過程會激起大量的中子星碎片，碎片中的中子會衰變成質子，質子中子可以在這個混亂的過程中合成為比鐵重的重元素。

地球是在46億年前形成的，地球上除了比鐵輕的元素也有很多比鐵重的元素。這些元素就是來自於之前的超新星爆發或中子星合併。

人體中含有幾十種元素，這些元素不論是比鐵重的，還是大部分比鐵輕的，歸根到底都是來自於遙遠年代的恆星。你是來自星星的你，我也是來自星星的我。

刁博

核聚變本身並不會到鐵就停止，超過鐵的元素也是核聚變生成的。

所謂核聚變到鐵元素為止，說的是在一般恆星內發生的核聚變到鐵為止。因為恆星一般都遵循如下核聚變順序：氫核聚變-->變成氦核，氦核聚變為碳元素和氧元素，碳元素再聚變為原子序數更大的元素，之後這些元素再次聚變，知道聚變為鐵元素為止。之所以到鐵元素停止，是因為鐵元素想要聚變，需要的溫度和壓力都是超高的，恆星沒有發生超新星爆炸之前是無法提供的。所以，恆星中元素聚變也就到鐵為止了。

上圖是一張恆星內元素聚變的順序和需要的溫度，可見到鐵元素時溫度就需要30億度了。可能大家對於30億度沒有概念，這個溫度是宇宙大爆炸之後10秒時的溫度!所以說，恆星無法滿足這個溫度，鐵元素就失去了再次聚變的資格。

但是，超新星爆炸是個例外，超新星爆炸可以瞬間提供足夠的溫度和壓力，直接把鐵元素的電子剝離，掃清鐵核聚變的障礙，快速促進鐵核融合聚變，進而生成大量的重元素。我們地球上的各種金屬，比如銅、金、銀都是某次超新星爆炸時生成的，然後被拋射到太陽系內。可能也正是這次超新星爆炸，才促進了太陽系原始星雲的聚集，最終演變成為了太陽系，誕生了我們地球生命。

科學探秘頻道

答：宇宙中高於鐵的元素，可以是大質量恆星在演化末期，通過中子俘獲過程形成；或者在雙中子星合併事件中，也能大量形成。

我們地球上的元素非常豐富，從1號氫元素到92號鈾元素都有，鈾是自然界中大量存在的最重元素；大於92號的叫做超鈾元素，只有幾種在自然界中微量存在，其餘都是人工合成的，超鈾元素的半衰期一般都很短。

如果瞭解一點天文學知識，就會知道恆星是一個元素加工廠，可以把宇宙中的氫元素進行核聚變，然後生成各種各樣的元素。

比如在恆星內部，氫元素聚變生成氦元素，並釋放大量能量；然後氦元素又聚變，生成碳元素和氧元素；碳元素的聚變，又可以生成氖、鈉、鎂、鋁元素。

但是這樣的聚變，在恆星內部到鐵元素就終止了，比如硅元素聚變生成鐵-56，然後鐵-56無法繼續進行聚變；那麼高於鐵的其他元素，又是如何來的呢？

我們知道，氫彈是氫的同位素聚變，原子彈是鈾或者鈈裂變，兩個核反應都是釋放能量，這與原子核的“比結合能”有關。

結合能表示把原子核中的核子（質子和中子）完全分開，所需要提供的能量；但是我們不關心結合能，而是關心結合能與核子數量的比值，叫做比結合能。

比結合能越大，表示原子核越穩定，鐵-56的比結合能是所有原子中最大的，所以鐵-56是最穩定的原子，比鐵更高的元素叫做超重元素，看來大家說“老鐵”是有原因的（暗笑）！

對以上原理有了一些瞭解後，我們再來看宇宙中元素的形成原理；所有恆星在剛形成時，都會進行氫元素的聚變反應，氕核先聚變為氘核，再經過多步聚變後，產物主要是氦-4：

（1）對於小質量恆星，比如小於0.8個太陽質量的紅矮星，就只能聚變到氦了，因為這種恆星的質量太小，內部溫度不夠高，氦元素的聚變反應無法點燃。

（2）像太陽這樣的恆星，在氫元素燃燒完後，引力作用會臨時壓過核聚變釋放的能量，然後恆星外層發生收縮，使得內核溫度急劇升高，就會點燃氦元素；氦的聚變非常快，並釋放大量能量把恆星外層大氣吹走，也就是氦閃，在《流浪地球》中就是假設太陽即將發生這種情況。

（3）太陽在演化末期只能聚變到碳、氧元素，比太陽質量更大的恆星，聚變反應可以到硅元素。

（4）對於大質量恆星（約10倍太陽質量），一直可以聚變到鐵元素，然後聚變反應就終止了，因為鐵的結合能是最高的。

鐵-56原子有26個質子和30箇中子，要使鐵變為更重的元素，就需要繼續往鐵原子中塞入質子，原子核由強力把質子和中子綁在一起，但是強力是短程力，只在10^-15米尺度生效。

雖然強力是庫侖力的100倍，但是庫侖力是長程力，原子核帶正電荷，這時候要把質子塞進鐵原子核是非常困難的，因為質子和鐵原子核會相互排斥。

由於庫倫勢壘太高，超重元素無法在恆星內部通過質子俘獲、或者α粒子俘獲的方式形成；而且鐵-56進行質子俘獲的平均時間，已經遠遠高於了恆星的壽命，於是在恆星內部，只能通過中子俘獲的方式獲得超重元素。

由於中子不帶電，所以中子比質子更容易接近原子核，中子被原子核中強力抓住的過程，叫做中子俘獲，中子俘獲又分為慢中子俘獲過程（s過程）和快中子俘獲過程（r過程）

大質量恆星在演化末期（紅超巨星），恆星內部聚集了許多鐵元素，也存在密度很高的中子流（可達每立方厘米10^8個）；於是鐵-56俘獲一箇中子變為鐵-57，然後鐵-57的原子核發生β衰變（釋放一個高能電子），生成比鐵高一號的27號元素鈷 ，也就是Co-57，然後Co-57繼續通過中子俘獲過程，生成更重的元素。

慢中子所處溫度低，中子俘獲過程時間長，如果生成物的半衰期太短，生成物就會在下一次還沒俘獲中子前發生衰變，所以慢中子俘獲過程只能生成一小部分超重元素；而快中子的俘獲過程時間短，可以生成大量的超重元素。

大質量恆星在超新星爆發時，能達到100億度以上的溫度，此時快中子密度極高（可達每立方厘米10^23個），於是鐵元素在超新星爆發中進行快中子俘獲過程，可以生成大量的超重元素；或者在雙中子星合併事件中，中子潰散後不久會衰變為質子，也能形成大量的超重元素。

所以，形成比鐵更重的元素，就至少有三種方式：

（1）大質量恆星演化為紅超巨星時，鐵-56通過慢中子俘獲過程，產生少量超重元素；

（2）雙中子星合併事件中大量產生；

（3）超新星爆發時，通過快中子俘獲過程大量產生。

我們地球上有著各種各樣的元素，一些超重元素還是人體不可缺少的微量元素，比如29號銅元素，存在於肌肉和骨骼當中；33號砷元素，存在於頭髮和皮膚中；34號硒元素，存在於心肌和骨骼肌中。

然而這些元素，歸根到底來自於至少45億（太陽系年齡）年前，某次超新星爆發或者雙中子星合併事件；我們身體中的元素，就是超級爆炸中落入太陽系的餘燼塵埃。

然而這樣的事件，每天都發生在宇宙當中，在我們銀河系內平均每個世紀裡，會有1~2次超新星爆發事件。我們夜晚看到那條明暗相間的銀河，其實就是無數次超新星爆發後，殘留下來的物質擋住了銀河系中心的光線。

在紅外線望遠鏡下，這些殘骸顯現出明顯的放射狀，或許在某處就有另外一個文明，在觀察我們的太陽系。

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艾伯史密斯

其實，用通俗的話來解釋比較好理解一點。

首先來看幾個問題：

1、為什麼恆星的質量這麼大，其重力不會將自己擠壓坍塌？

2、為什麼恆星內部發生核聚變，其擴張力不會使自己炸裂？

3、為什麼恆星質量越大，壽命越短？

其實，這都是因為“平衡”。即重力向內壓縮的力和核聚變向外擴張的力相互抗爭抵消，使恆星維持在穩態。

當恆星質量變大時，重力向內坍塌的力越大，導致內部壓力和溫度升高。壓力和溫度的提升卻又會令其內部核聚變愈加劇烈，產生的擴張力增強。兩者“軍備競賽”卻始終勢均力敵，恆星處於穩態，不至於坍塌或炸裂。

同時可見，恆星質量越大，重力越大，促使核聚變越劇烈，質量消耗越快，自身壽命越短。太陽的壽命約一百多億年，而一顆十倍太陽質量的恆星，壽命不過幾百萬年而已。

鐵以下的元素進行核聚變時，釋放出大量能量，這時擴張力可與壓縮力相平衡。而當核聚變到鐵元素時，會吸收能量，擴張力將無法再與壓縮力抗衡。

當平衡被破壞，恆星將向內坍塌爆炸形成超新星。超新星爆發產生極高的溫度為其他重元素繼續核聚變提供了條件，於是，“金”等元素誕生。

*只是普通探討，屬於業餘愛好者，數據就不羅列了。

Iamanass

只需要記住一點就行了，恆星是宇宙中的“重元素加工廠”，鐵元素以上的元素都是恆星中誕生 的，而比鐵還重的元素，直到94號元素鈈之前的元素，大概在元素週期表中26-94以內的大部分元素都是在暴烈的天文事件中誕生的。

什麼才是暴烈的天文事件呢？

比如中子星合併、碰撞、超新星爆發等具有極高能量的天文事件中，比鐵重的元素才得以聚合出來，但通常情況下，比鐵重的元素或多或少都有放射性，並且原子序數越靠後，其放射性越強、半衰期也會變短（個別的現象除外）。

元素週期表中95號元素之後的那些元素，都是人工合成的元素，在自然界中幾乎不存在，因為它們的半衰期太短了，幾乎可能只有十幾秒鐘，幾秒鐘的半衰期。能在自然界中存在的元素，都是那些相對來說比較穩定的原子。

個人的淺見，你們有什麼要補充說明的嘛？

科幻船塢

理論上來講只要條件足夠鐵也是可以繼續核聚變生成更重元素的，而所說的核聚變到鐵為止指的是一般恆星在主序階段能達到的最終結果。

按照現在的主流觀點認為宇宙大爆炸起始於138.2億年前的奇點大爆炸，在大爆炸後的一分鐘之內核反應就產生了氫、氦還有部分鋰，從元素週期表可以看出來這幾種元素是排在前邊的。而後續更重的元素只能是通過氫原子去聚變形成。

恆星質量越大自身的引力塌縮產生的壓力越大、溫度越高，這樣核聚變就能產生個更重的元素。一般大質量恆星末期的時候內部是分層結構的，內核處是鐵核，外層是硫、磷、鈣等等，在外層就是氧、氦、氫等。一般只能核聚變到鐵為止。

為什麼鐵這麼特殊？

因為鐵56是最穩定的元素，比結合能是最大的，比鐵56重的元素有向鐵56裂變的趨勢，而比鐵56輕的元素有向鐵56聚變的趨勢。所以有一種觀點認為宇宙演化的生命末期，只會含有鐵56，因為這是最穩定的。

圖：鐵的結合能是在曲線頂峰

那麼鐵如何會聚變？

恆星的正常演化過程很難會使鐵發生核聚變到更高元素，只有在大質量恆星經過超新星爆炸條件才可能滿足。這是宇宙大事件，超新星爆炸不僅僅是一顆恆星的滅亡也預示著新生。超新星爆炸會瞬間達到幾十億的高溫，足以讓鐵核發生核聚變到更重元素。

科學黑洞

恆星的內核聚變並非到鐵為止

滬生泉

“核聚變到鐵元素就停止了"這句話不能從字面上這麼理解。不能理解成大質量恆星一旦產生鐵元素就不再核聚變了。而是必須這麼理解，鐵元素的產生是開啟核聚變停止運行的按鈕。

那麼估計有大量的大仙大神們會問了:鐵元素的產生如何讓核聚變停止呢?

其實答案很簡單的。就是以更劇烈的核聚變來停止的(與止戈為武是一個道理)。具體過程如下:

首先理解一下恆星的正常核聚變。恆星的正常核聚變就像足洋蔥似的一圈一圈的，首先被點燃了的是氫聚變，接著的是氦聚變，再下去的就複雜多了，原子核聚變是兩兩而聚變的居多，可以氫氦產生鋰，可以氦氦產生氧，可以氫氧，可以氦氧產生鈣…………(如此等等，五花八門，好不熱鬧啊)不過，這些反應不論如何進行，其根本原因都是為了反重力(即在萬有引力作用下產生的重力，重力的作用下為了不致於無窮無盡的坍塌下去必須有反重力作用，而熱能即是有效的阻止重力坍塌的有效手段，)，因此無論如何五花八門，只要是反應能產生熱的，即可以抵抗重力作用。這個是恆星正常的熱核反應過程。在這個過程中，產生元素質量越大正常地溫度越高，同時由於元素質量大也會自然地向中心地帶下沉而產生自然分層，雖說不是百分百地分得清清楚楚，卻也是大致如此的。

那第二，瞭解一下不正常的核聚變反應吧。鐵元素的產生是個奇葩式的反應，因為此反應不但不是放熱反應而且還是個吸熱反應。這個就不正常了，就打亂了恆星先前的重力與熱的力學平衡。

由於在恆星的中心位置上產生了鐵元素，如果僅僅只是產生一點點自然是什麼鳥事情都沒有。只不過既然可以產生鐵元素就說明恆星的中心溫度已經足以產生鐵這一元素的條件，自然會是源源不斷地產生的。然而產生的越多，熱能損失得越大，恆星的中心位置上由於大量鐵元素的產生而迅速降溫，降溫至不再產生鐵元素的低溫時止。這一行為立在恆星中心位置上熱力迅速減弱而打破重力熱力平衡。

為了彌補這個不平衡，恆星整體在重力作用下再度向中心位置坍塌。在坍塌擠壓下恆星中心熱能又迅速升高(擠壓生熱)甚至超過先前溫度。從而又恢復了產生鐵的熱核反應。而這又產生了更多的鐵元素來降溫。從而又再度打破重力熱力平衡。

第三，也是結論，停止熱核反應的過程。

因此，我們在觀察恆星的演化時，就看到了大質量恆星在演化後期有多次的像心臟跳動一樣的收縮膨脹，再收縮再膨脹……的過程。而在這一過程中，規模一次勝過一次。因而恆星中心最高溫度一次高過一次，壓力也一次大過一次。

一直到恆星中心溫度高達可以大量產生劇烈的核聚變反應而且還是可以點燃鐵元素之後的好多核聚變反應的。因為大規模的收縮在恆星中心位置上迅速升高的溫度可以比原先的高出好多好多的。而更多得多核聚變與更猛烈的核聚變不但產生鐵元素，更產生了鐵元素之後的元素(又是放熱的)。而如此大規模的核聚變產生的超多的熱能，再借由先前收縮產生的勢能的反彈作用，讓恆星受不了，因此產生的了最後的大爆炸，直接將恆星表層炸飛了。同時由於借用這一動力也將恆星內部擠壓再度坍塌成中子星甚至是黑洞。從而從根本上停止了恆星的熱核反應。

關鍵字: 科普 核聚變 科學