核聚变是指由质量小的原子，主要是指氘或氚，在一定条件下（如超高温和高压），发生原子核互相聚合作用，生成新的质量更重的原子核，并伴随着巨大的能量释放的一种核反应形式。原子核中蕴藏巨大的能量，原子核的变化（从一种原子核变化为另外一种原子核）往往伴随着能量的释放。

正午时分，当我们在户外时会感受到炽热的阳光，炎热而刺眼，甚至把生鸡蛋打在阳光照射后的金属上，过不了多一会儿，鸡蛋就熟了。这种光和热的能量就是来自高悬头顶的太阳内部所发生的核聚变，而这些能量却是一千万年前从太阳核心发出的，并经过了8分钟才到达地球。

不断聚变的太阳

太阳中心温度可达1500万摄氏度，压力相当于3000亿个大气压，在巨大的压力下，太阳每秒钟使用6亿吨的氢原子参与聚变，其中有400万吨的物质转化为能量，随时都在进行着四个氢核聚变成一个氦核的热核反应。

在核聚变链式反应中，两个氢原子核（质子）聚合，放出一个中子和一个中微子，生成一个氦2核。氦2核再与一个氢原子核反应，放出一个γ光子，生成一个氦3核。两个氦3核聚合，生成一个稳定的氦4核，同时放出两个质子。整个过程中，四个氢核聚合，生成一个氦4核，同时放出两个中子、两个中微子和两个γ光子。太阳向外释放的能量，绝大部分由γ光子携带。

在太阳核心深处高能量下，氦-3可以与一个已经存在的氦-4合并，生成铍-7。本来铍-7会找到一个质子生成硼-8;然而，由于它不稳定，还没来得及反应，首先衰变为锂-7。在我们的太阳中，通常先发生衰变，然后再加上一个质子，产生铍-8，铍-8立即衰变为两个氦-4核，这个过程生成的氦-4大约占太阳氦-4总量的14%。

但在质量更大的恒星中（例如：O、B级恒星），质子与铍-7的聚变发生在衰变为锂之前，生成硼-8，硼-8首先衰变为铍-8，然后衰变为两个氦-4原子核。这个过程在类太阳恒星中并不重要——只占氦-4总量的0.1%，但在巨大的O类和B类恒星中，这是产生氦-4最重要的聚变反应。

人工可控核聚变装置

目前人类引发核聚变的手段，主要靠提高温度，在所有核聚变当中，氢元素的核聚变反应所需温度最低，其中又以氘-氚的聚变最容易实现。

元素初级“加工厂”

耐心看完上面大家有没有发现什么？

“氢-氦-锂-铍-硼”

是的正是我们中学化学里的元素周期表的开始顺序！

当恒星内部温度上升到1亿度时，氦元素将发生聚变，生成更重的元素，聚变过程也更加复杂，产物主要以碳和氧为主，还有一些氖元素等等。

当恒星内部温度达到8亿度后，碳元素开始聚变；达到15亿度后，氖元素开始聚变，达到18亿度后，氧开始聚变；其产物主要是硅元素，其他还有钙、硫等等元素。

太阳光球层

对于大质量的恒星，在演化末期温度会变得极高，最终将引发硅元素的聚变反应，其产物主要是铁，一旦恒星内部有铁元素生成，就意味着恒星的末期快到了，此时恒星变得极不稳定。

恒星的一生

例如我们太阳系“隔壁”的比邻星，其实就是一颗质量很低的红矮星，这种恒星就只能将氢聚变成氦，而像太阳这种黄矮星，也好不到哪里去，终其太阳的一生，它最多也就只能聚变出原子序数为8的氧元素。

聚变与裂变的分界点-铁元素

每一次生成新的物质，都伴随着恒星形态的一种变化。一直到核聚变生成铁元素之后，核聚变就会停止。这是因为铁-56的比结合能是原子当中最高的，这也让铁失去了发生核聚变的可能性。

只有那些质量足够大的恒星（10倍太阳质量），其核心才有能力启动一轮又一轮的核聚变反应，进而制造出越来越重的元素，然而就算是这样的恒星，也不可能聚变出宇宙中已知的所有元素，因为恒星的核聚变到了原子序数为26的铁元素就会终止了。

铁元素

这是因为，铁原子核特别稳定。意思是说：如果你想掰开一个铁原子核，是需要能量的，我们管这个叫做比结合能，而在整个元素周期表中，想要掰开铁原子核是最难的，因为铁原子核是比结合能最高的原子核。

科学家发现，在大自然中，原子序数在铁之前的元素原子核都可以聚变成原子序数更高的元素原子核，并且释放出大量能量，这就是核聚变反应，氢弹就是这个原理。而比铁原子序数更高的元素原子核有裂变的倾向，更容易通过核裂变使得自身的原子序数降低，并释放能量，原子弹就是这个原理。

铁元素是比结合能分界点

唯独铁原子核，你要让铁原子核再发生核聚变反应，条件是十分苛刻的，而且最后发生反应所需要的能量，比核聚变后产生的能量还多得多。核聚变是在释放能量，只有到了铁原子核这里，如果要发生聚变需要吸收非常大的能量，变成了一个入不敷出的过程，这就使铁原子核成为了最稳定的元素原子核。

不仅如此，那些最终可以走到铁元素原子核的核聚变反应的恒星，一般都是质量大于10倍太阳质量的恒星。这时候的恒星叫做：巨型洋葱头恒星。

其实是这样的，由于原子序数的上升，元素发生核聚变反应的条件就会变得艰难，氢核聚变反应只需要1000万度，而到了氦核的核聚变反应需要2亿度，而生成铁原子核的核聚变呢？则需要30亿度！这和宇宙大爆炸时的温度相当。

重元素生产线“中子俘获”

铁元素是核聚变的终点，那铁以后的元素是如何产生的？反正想通过核聚变是不可能了。另一条实现路径叫做“中子俘获”。

顾名思义，“中子俘获”就是原子核俘获了中子，为了方便理解，我们可以把原子核想象成一个“贪食蛇”游戏，在有中子辐射的环境中，这些贪食蛇就有可能会“吃掉”一些送上门来的中子，不过它们的“消化能力”有大有小，有的可以连“吃”好几个中子都无所谓，而有些只“吃掉”一个中子就会“消化不良”。

贪食蛇”游戏

举例说明，比如说一个铁-56原子核“吃掉”了一个中子，它就变成了铁-57，由于铁-57是稳定同位素，因此它就没事，在接下来的时间里，如果它再“吃掉”一个中子，它就变成了铁-58，这还是稳定同位素，所以它仍然无所谓。

如果它再“吃掉”一个中子的话，它就变成了不稳定的铁-59，于是它就“消化不良”了，在这种情况下，铁-59的原子核就会发生β衰变，在这个过程中，其原子核内的一个中子会衰变成一个质子，并释放出一个电子和一个反中微子，其原子序数就会加1，然后就变成了钴-59原子核。

以上所述的这种“中子俘获”通常发生在恒星的内部，由于恒星内部的中子辐射相对很弱，其产生重元素的效率就相对很低，所以这也被称为“慢中子俘获”。

宇宙中有“慢中子俘获”，当然也有“快中子俘获”，实际上，在宇宙中已知的所有比铁更重的元素中，“慢中子俘获”的贡献其实并不大，而真正大量产生这类元素的，正是“快中子俘获”。

宇宙极端事件

宇宙极端事件包括超新星爆发、中子星碰撞等。当宇宙中发生超新星爆发、中子星碰撞这样的高能事件时，会在短时间内形成中子辐射极强的环境，其数量级可以高达每秒每立方厘米100万亿亿个中子之多。

在中子密度如此之高的环境中，就会发生“快中子俘获”，较轻的原子核会“大吃特吃”，然后就会出现严重的“消化不良”，于是它们就发生各式各样的衰变，当一切平息之后，大量的比铁更重的元素也就在宇宙中出现了。比如我们佩戴的银饰，黄金等。都可能来自某次高能宇宙事件。

黄金在地球上的分布并不算少

超新星爆发是人类已知可以产生重元素的唯一方式，但宇宙中的重元素资源却非常丰富，比如我们地球上的铜、锌、铅等，因此科学家怀疑宇宙中还有其他方式产生重元素，或者在宇宙大爆炸时期，这些重元素就已经形成了。

超新星爆发示意图

人体元素构成

人体内化学元素的排序由高到低：氧、碳、氢、氮、钙、磷、硫、钾、钠、氯、镁、铁、铜、碘、锰等。根据含量，习惯上分为常量元素和微量元素两大类。

有11种主要元素。它们的名称和含量分别是：氧65.00%、钙2.00%、钠0.15%、碳18.00%、磷1.00%、氯0.15%、氢10.00%、硫0.25%、镁0.05%、氮3.00%、钾0.35%。

此外，构成人体的元素有40多种，其总量不到人体质量的0.05%。因此，这些元素被称为人体内的微量元素。人体所需的微量元素 人体必需的微量元素有八种，包括碘、锌、硒、铜、钼、铬、钴、铁。

梵观点：在我们身体里流淌的血液中，和我们身体里，都有这个宇宙所发生的极端事件所产生的元素存在，某种意义上，我们的生命透过这些物质穿越了宇宙开始的时候。

来源: 梵观点