为什么核聚变到产生铁元素时就停止了？

Answer 1

首先，很多人一提到核聚变，第一反应是它能释放出巨大的能量，但你有没有想过为什么会发生核聚变？ 原因就是必须要使用本身的能量，然后发生核聚变释放出更大的能量。

所以要想发生核聚变，必须有足够的很大的能量才可以达到！ 太阳为什么能持续不断地发生核聚变？就是因为太阳巨大的质量产生的万有引力让物质向内塌陷产生超高的温度和压力，继而引发了核聚变！

那么为什么恒星聚变到铁就停止了呢？ 因为铁比较特殊，铁是自然界最稳定的元素，核聚变到铁元素过程中吸收了大量能量，但不能释放出了能量了（因为铁最稳定），于是在聚变成铁的过程中能量几乎被消耗殆尽，没有足够的能量当然不会让核聚变继续下去！

而超新星爆发正是在聚变成铁元素后，能量几乎被消耗殆尽的时候发生的。我们都知道恒星之所以很稳定，就是因为核聚变产生的向外巨大推力与恒星质量向内的万有引力取得了平衡！

而如今聚变成铁元素的过程中消耗了巨大能量而没有释放能量，核聚变停止了就没有力量与万有引力抗衡，于是恒星几乎所有的物质在万有引力的作用下急剧向内坍缩！

向内坍缩的速度非常快，撞击铁质内核，因此产生巨大的能量，能量几乎全部施加到铁质内核上，铁元素有了足够的能量再次引发了聚变，聚变成更重的元素！

这个过程是非常短暂的，而恒星物质撞击铁核产生的巨大反作用力把铁核以外的物质抛向太空，这就是超新星爆发，非常壮观！

Answer 2

上海科技报科普问答主持人：主任记者 吴苡婷

这是一个很有意思的问题，核聚变是恒星生命走向衰亡必须经历的过程，也是化学元素形成的原因。从氢聚变一直持续到铁聚变，恒星走完了它的一生。

但是很奇怪的是为什么恒星到铁聚变后，就没有继续下去，没有形成其他的重金属呢？

那是因为前面这些元素的核聚变都会释放能量，但是铁聚变时是大量吸收能量，因为铁原子的稳定性太强了，要增加一个原子要有很大的能量注入。

恒星的能量在铁聚变中被消耗殆尽，所以走向死亡。铁元素是核聚变的一个重要分水岭。所以铁元素被科学家戏称为恒星杀手。

其他重金属的产生要等到中子星相撞时，中子星是比较大的恒星在铁聚变后因为恒星内部引力塌陷发生超新星爆炸后的产物。两颗中子星撞击后有1%的质量会变成重金属，也就是我们今天说的金、银、铜、铂等。我们地球上的重金属都是形成在宇宙中几十亿年前的中子星相撞事件，它们飘散在宇宙空间里，也进入了地球的地核中。

Answer 3

铁元素后，核聚变依然能进行。只是聚变将不再释放能量，而是吸收能量。

所以恒星内的核聚变当聚变到铁后（准确的说应该是镍-62，但镍最后都会变成铁），因为不再释放能量，恒星的平衡被打破，核聚变也就进行不下去了。

为什么铁之后的聚变要吸收能量？因为铁的比结合能最高。

解释比结合能前，先了解什么是结合能？

原子核是核子凭借核力结合在一起构成的，要把它们分开，也需要能量，这就是原子核的结合能（binding energy）”――摘自人教版高中物理选修3-5教科书。

结合能不是元素原子核拥有的能量，只是要拆开（裂变）或组合（聚变）原子核时需要吸收或释放的能量。原子核里核子数（质子与中子都是核子）越多，结合能越高。

而比结合能=结合能÷核子数，也叫平均结合能。结合能与比结合能之间的关系，相当于GDP与平均GDP之间的关系。

就像GDP再牛也没什么意义，主要得看平均GDP一样，所以核聚变的重点是看比结合能而不是结合能。

铁的比结合能最高，意味着铁是最稳定的元素。

由于铁元素最稳定，所以如果还要往铁原子核里面挤核子（聚变）就会变得很困难，所以要消耗大量的能量。

上图是元素比结合能曲线图（很多引用说成结合能是错误的，一字之差完全不一样）。从这个图你还可以知道为什么氢弹（氢聚变）比原子弹（铀裂变）威力大。

其实还可以通过爱因斯坦的质能方程：E=MC2，来解释铁之后聚变为什么会吸收能量。

因为铁之前的元素，也就是轻元素的聚变会损失质量，所以释放能量，而铁之后的元素，也就是重元素聚变会增加质量，所以会吸收能量。

为什么吸收能量，恒星内的核聚变就进行不下去了？

因为恒星是引力与核力之间微妙平衡的产物。

核聚变释放能量对外形成压力，与恒星自身引力平衡，恒星才能稳定存在。

从氢元素开始，引力的压缩使得恒星内部达到了开始聚变所需的高温，核心先吸收能量再聚变释放出更大的能量，释放的能量再为下一次聚变提供能量再释放，循环往复。

但当恒星内部发生铁聚变时，不仅不会释放能量，还会迅速消耗掉恒星的能量，造成恒星坍缩然后引发核爆炸，就是超新星爆发。

而最小规模的超新星爆发所释放的能量比太阳100亿年中放出的能量总和的100倍还多。

强大的能量瞬间在宇宙中形成一个超级反应炉，聚变出所有的元素，包括铁以后的重元素。

然后在恒星的原地会出现一颗中子星或黑洞。

总结一下

恒星一旦铁了心想死，拦都拦不住。

在科学界，铁聚变被称为“恒星杀手”，终止的是恒星内的核聚变，但开启的是生命起源的超新星爆发，反而加速了宇宙产生所有元素并抛撒元素的进程，把孕育生命的时间大大缩短，不然又怎么会有今天的地球，和地球上的我们。

Answer 4

这个涉及的能量的释放和吸收问题。以铁原子为界限，原子序数小于铁的核聚变是释放能量的，此时的核聚变称为氢核聚变，也称为热核聚变。恒星释放光热能量，发生的就是可控热核聚变。

而大于等于铁核聚变的核聚变是吸热的，属于重核聚变。在恒星星核内，氢核聚变的末期，已经产生了很多的重核（铁核），这个时候下，可反应的氢核数量较少，释放的核能量也较少。或许这时候释放的能量可以支持少量的重核发生核聚变，但是随着氢核的完全反应，已经没有能量支持重核反应了。所以，恒星的核反应也就聚变到铁核为止。当然了，这个过程中还是有少部分比铁核重的元素形成，要不宇宙中怎么会有铁核以上的元素呢？

当然，更重的元素，就需要极端的天体事件才能形成。例如金元素，据猜测就是在中子星合并已经超新星爆炸的时候产生的，因为只有这种极端环境下，才有足够能量和压力，支持重核聚变产生重金属元素。

Answer 5

大质量恒星的核心通过核聚变反应会逐渐合成越来越重的元素，这些元素会在中心逐渐富集。当铁元素被合成出来之后，它们也会集中到恒星的中心。然而，不像题主在问题描述中所设想的那样，铁周围的那些情核元素是无法再进行核聚变的，因为反应所需的温度和压力是不够的。而至于为什么当恒星合成出铁之后，核聚变反应将会宣告终止，这与恒星本身的动态平衡有关。

恒星需要源源不断的核聚变反应来向外辐射出巨大的压力，以此才能对抗自身的重力，这种流体静力学平衡贯穿恒星演化周期的大部分时间。之所以核聚变反应能够不断维持下去，是因为它们产生的能量要比吸收的能量更多，所以总得来说，恒星是在净输出能量，在铁之前的元素都符合这种过程。

然而，到了铁之后，其比结合能达到了极大值，这要大于比铁更轻和更重的元素。因此，铁的核聚变反应是在净吸收能量，因为该反应产生的能量少于吸收的能量。这样就会使恒星的重力占据主导作用，流体静力学平衡被打破，导致恒星内部受到强烈挤压而引发剧烈的超新星爆炸。

从这里可以看出，恒星的核聚变反应在产生铁元素之后并没有停止，而是铁还会进一步发生核聚变反应，结果会产生更重的元素，比如镍：

只是铁的核聚变反应会迅速消耗巨大的能量，这会导致恒星在短时间内失去平衡，最终发生超新星爆发。此后，铁会俘获中子继续合成其他重元素。

Answer 6

谢邀。恒星核聚变到铁元素就进行不下去了，其根本原因还是恒星的质量太小了，铁元素的形成是行星形成内核的关键，我们以太阳系中的太阳为例子；再经过50亿年，太阳中的氢元素被消耗完，其内核慢慢地从氢变成氦，这是开始燃烧氦元素，同时其尺寸将膨胀达到火星轨道，变成一颗红巨星，如果连氦元素也燃烧完了，那么恒星的外层就开始消散，只留下内核本身，从而变成和地球一样大的白矮星。

1:由于质量不够大，白矮星内部只能产生元素周期表中铁以前的元素，这时太阳就成了宇宙中的一颗死星。现在开始扩大质量，如果恒星的质量是太阳的40倍或更高，那么以上的过程就会更加迅速，此时恒星叫做超红巨星，恒星内部自然可以产生铁元素以前的元素，并且是一颗混合星，但是当产生元素的进程到达铁元素时，熔合过程不能产生大量能量，经过几十亿年后这个巨大的核熔炉就会关闭；

2:但此时的恒星质量还是非常大，在巨大的引力下，恒星内部开始坍缩，电子将倍被压进原子核，这时恒星的密度是水密度的4000亿倍，温度将达到万亿度，由此恒星开始爆炸形成超新星，巨大的热量将合成铁以后的重元素，这就是重金属元素的形成过程。

在这里我们可以想到，地球上有大量的铁矿石，在地球形成之前，就有一颗已经死亡了的超新星，其抛出的陨石碎片内含有铁矿石，然后被太阳的引力俘获形成今天的地球。所以，地球上的重金属元素基本都是死亡的恒星合成的，只有当恒星的引力大到可以将电子压入原子核时，恒星的核聚变进程才能持续到铁以后的元素。

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Answer 7

恒星能够源源不断地放出热量是因为发生了自持式聚变反应，敲黑板，重点是自持式，这才是考点。

图释：上图为我国合肥等离子所的“人造太阳”超导托卡马克实验装置

在我国的超导托卡马克实验装置东方超环（EAST）实现持续放电101.2秒，这个已经是世界最长的记录了，此前的记录是60秒，就是因为反应不能自持下去，或者说外界输入的能量大于核聚变输出的能量，铁的聚变即是如此。

铁也可以发生聚变反应，当能量和压力满足聚变反应的条件，铁仍然可以发生聚变反应，只是因为铁的平均结合能是目前发现得元素当中最大的，维持铁核聚变反应消耗的能量要大于铁核聚变反应放出的能量，即铁不能发生自持式聚变反应。

图释：上图为元素的比结合能曲线，从图中可看出铁的比结合能是最大的，即将铁核分散成单个核子所需要的平能能量是最大的。

当铁核聚变将恒星储存的能量消耗殆尽之后，维持聚变的高温环境将不在，恒星便不能再继续发生聚变。

今天的科普就到这里了！更多科普欢迎关注本号！

Answer 8

核聚变

首先，我们要搞清楚什么是核聚变反应？

实际上，核聚变反应就是指原子核相互结合的一种反应，两个比较小的核结合成一个更大的核，因此也被称为核融合。宇宙诞生之初，主要的元素就是氢和氦，这两个元素是元素周期表最靠前的两个元素。

并不是说，在那个时候没有形成原子序数更高的元素，只是因为那些元素还不够稳定，因此，又裂变为氦原子核了。我们从元素周期表中也能看出，原子核比氢原子核和氦原子核大的元素原子核多了去了，现在的元素周期表都已经可以排到110多位，而且还没有达到尽头。也就是说，宇宙诞生之后，在宇宙中形成了许多大的原子核，铁元素原子核算是其中的一员，但并不是最大的原子核。因此，核聚变到产生铁元素就停止是不合理的。如果是这样，那元素周期表到达铁元素就应该停下来。那核聚变到底是到哪会停下来呢？

实际上，至今我们也不清楚，关于元素周期表的尽头到底在哪，至今也没有一个靠谱的理论可以给出答案。但就目前来看，想要合成比铁更重的元素，只要能量给到足够高就可以做到。不仅我们人类可以做到（但做不到大批量的），如今我们已经能合成到118号元素了。

在宇宙中的一些极端条件下也能做到。人类的方法其实就是通过实验来合成。那宇宙中是如何合成比铁元素原子序数更大的元素的呢?还有为什么铁元素是一个经常被人提及的元素呢？

今天，我们就来详细说说这两个问题。

恒星核聚变

在宇宙中，合成比氦元素更大号的元素主要依靠的就是恒星。恒星的内核可以发生核聚变反应。一般来说，由于氢原子核的核聚变反应所需要的门槛是最低的，而且构成恒星的主要元素也是氢元素，因此，恒星的氢原子的核聚变反应会先被点着，4个氢原子核通过核聚变产生氦原子核。

为何铁元素是一个节点？

当氢原子核被消耗得差不多时，只要恒星的质量足够大，就可以继续点燃氦原子核的核聚变反应，生成碳原子核和氧原子核。同样的，只要质量足够大，就还可以继续引发碳原子核，氧原子核的核聚变反应。于是，你很容易发现，这个过程其实就是沿着元素周期表从小到大的方向演化，最后一直到铁元素。

之所以铁元素是一个节点，是因为铁是已知的所有元素中最稳定的元素（从原子核的层面来看）。我们也把铁元素称为是比结合能最高的元素。这就意味着，要让铁原子核发生核聚变反应是非常困难的。原子序数小于铁元素的原子核都可以通过核聚变反应释放能量，同样的，原子序数大于铁元素的原子核都可以通过核裂变反应释放能量。它们都有向铁方向靠的趋势，这是因为，在宇宙中，万物都有一个趋势，那就是趋向于稳定。

如何合成原子序数比铁更高的元素？

要让铁元素发生核聚变，并不是不可能。但是这需要极为苛刻的条件，而且是一笔赔本的生意，整个过程要输入大量的能量，而释放的能量很少，输入要远比输出大。在恒星内核中其实很难实现，一般来说，只有两个极端的天文学现象才可以实现。

首先，超大质量恒星演化到末期时，会爆发超新星爆炸，在这个过程中，就可以形成原子序数大于铁的元素。

超新星爆炸是十分壮丽的天文学现象，它的亮度常常会达到一个星系的亮度，如果距离我们不算非常遥远，我们甚至可以在白天看到它。而超新星爆炸之后，常常会留下中子星或者黑洞。

而远比超新星发生的概率还低的是中子星合并，其实就是两颗中子星相遇了，然后合并到了一起，这个过程中也会形成大量的高顺位元素，比如：金。

在宇宙中，超新星爆炸已经算是不经常能见到的现象了，中子星合并更是少之又少，这也是为什么金元素很少的原因。所以，我们会发现，想要让铁元素发生核聚变反应真的是一件非常难的事情，但并不是说铁元素不能发生核聚变反应，事实上是可以的，只要条件要给够就可以。不过这个条件是极为苛刻的。

Answer 9

谁说的恒星的核聚变到铁为止了？

恒星的核聚变到什么时候为尽头，取决于恒星的大小，小的恒星核聚变能力有限，有的到氦，有的到氧，太阳大小的恒星到碳，大的恒星甚至能够到铀，更大的恒星能够产生更重的元素。看看地球能够找到的元素吧，都是恒星产生的。

可能有些人会有疑问，不是说重元素聚合的时候需要大量的能量吗？要知道巨大的超级恒星是不缺少压力和能量的，它们连黑洞都能够产生，合成一些重金属还不是玩一样。

恒星最后到什么程度，合成出什么元素，取决于恒星的大小，没有到铁为止的说法，如果有人这么说或肯定这种说法，不过是想当然而已。