鲁超，赛先生 阅读原文 我们知道，在恒星内部，通过核反应最高只能聚变出铁元素。铁 56 的比结合能最大，再要合成更重的元素，就不是放热反应，而是吸热反应了，因此更重元素无法通过核聚变来产生。那是不是所有重元素都来自超新星或双中子星合并呢？也不尽然，在恒星内部，也有一条持续稳定的路径，让比铁重的元素逐一生成，这就是「慢中子俘获」。 第一代超新星爆炸出一些重元素的碎屑，有些飘荡在宇宙空间，凝结成行星，也有些被其他恒星吸引过去，成为进一步核反应的母核。在恒星内部，有着各种各样的辐射，其中就有中子辐射。偶然的机会，「贪吃蛇」母核将中子俘获过去，「吃」进肚里，变成更大的原子核。这个过程很漫长，可能要一年，甚至十年，才会发生一起俘获事件，所以称为「慢中子俘获」。这些原子核就如同滚雪球一般，越来越大。然而雪球毕竟是有限度的，吃胀肚子的不稳定原子核会发生 β 衰变，吐出电子和中微子，变成了原子序数 +1、原子量相同的其他元素。 【原子核吃进中子，吃多了会「消化不良」，发生 β 衰变，中子变成质子。】 比如银 109「吃」掉一个中子，变成不稳定的银 110，立刻衰变成镉 110。镉元素比较能「吃」，连吃五个中子一直吃到镉 115，才衰变成铟 115，然后是铟 116，又衰变成锡 116。偶数位的锡也是个「吃货」，接连吃掉五个中子，到了锡 121 才撑不住，衰变成锑 121。 原子核就是这样通过「慢中子俘获」过程，如同滚雪球一样越来越大，最终到了铊元素，遇到了问题。 【从银到锑的慢中子俘获过程。】 铊的稳定同位素铊 203「吃」下一个中子，又衰变成铅 204，和它的小弟「锡」一样，铅也是个大吃货，它继续吃中子到铅 209，这是一种不稳定的同位素，它迅速衰变成铋 209。铋 209 吃掉一个中子就撑不住，衰变成钋 210。到了这里，偌大的原子核终于吃中子吃到吐，于是发生 α 衰变，直接吐出一个氦核（α 粒子），原子序数 -2，原子量 -4。 【「铅铋钋循环」，其中红线为中子俘获，蓝色为β衰变，绿色为 α 衰变，青色为电子俘获。】 不信你看，铋以后的元素全都是放射性元素，钋 210 的半衰期只有 136 天，发生 α 衰变，直接掉到铅 206。就这样，从铅 206，到铅 207，铅 208，铅 209，铋 209，铋 210，钋 210，再回到铅 206，恰好组成了一个循环。「慢中子俘获」滚雪球的游戏玩不下去了，重元素一步一步向上爬格子，最终撞到了天花板——铅。 正是如此，虽然铅「重」达 82 号，在地壳里却比很多轻元素——如碘、溴甚至五金之一的锡——都要多，是重元素里最多的一个存在。 【地壳元素的丰度表上，铅是最后的高峰。】 稍微偏题一下，恒星里的「慢中子俘获」只是铅元素的一部分来源，在超新星爆炸和双中子星合并事件中也会产生铅的兄弟姐妹们，只是这其中的机理叫做「快中子俘获」。 超新星爆炸和双中子星合并的时候，伴随着高密度的中子流，每秒每立方厘米高达 100 万亿亿个中子。在如此之多的中子碰撞下，较轻的原子核如同沐浴在中子的「沙尘暴」里，各种各样的富中子原子核被制造出来，而又迅速发生 β 衰变，最终变成较稳定的原子核。铱、锇、铂等贵金属、其他重元素以至放射性元素都可以通过「快中子俘获」制造出来，铅元素也不例外。 【超新星也是重元素的制造工厂。】 阅读原文
