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氦融合

指数 氦融合

氦融合是核融合的一種,參與此一反應的原子核是氦。 這種由氦4(α粒子)融合的反應就是所謂的是3氦過程(3α過程),因為這項反應先由兩個氦核融合成為鈹 8,但是這種同位素很不穩定,半衰期只有2.6×10-16秒,隨即又分裂成兩個氦。如果這顆恆星的核心溫度高達一億K,並且又在紅巨星或紅超巨星末期的演化階段,則第三顆氦原子能在鈹衰變之前參與反應,於是形成碳12。取決於溫度和壓力,額外的氦核也可能參與反應形成氧 16;在非常高的溫度下,另外的氦核也可能和氧融合而產生更重的元素(參考氦核作用)。 氦3本身或氦4主要形成於主序星(參考質子-質子鏈反應),並且一般還不會進行氦融合。.

15 关系: 原子核冷核聚变紅巨星紅超巨星熱力學溫標融合能質子-質子鏈反應恒星核聚变氦核作用3氦過程

原子核

原子核(德语:Atomkern,英语:Atomic nucleus)是原子的组成部分,位于原子的中央,占有原子的大部分质量。組成原子核的有中子和質子。当周围有和其中质子等量的电子围绕时,构成的是原子。原子核極其渺小,如果将原子比作一座大廈,那麼原子核只有大廈裡的一張桌子那麼大。.

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冷核聚变

冷核融合(Cold fusion)是指理论上在接近常温(1000K以下)常压和相对简单的设备条件下发生核聚变反应。核聚变反应中,多个轻原子核被强行聚合形成一个重原子核,并伴随能量释放。 冷核融合是現在所用更正式名稱——「低能量核反應」(Low Energy Nuclear Reactions, LENR)——的通俗名稱,隸屬於凝態物質核科學(condensed matter nuclear science, CMNS)的範疇。.

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碳(Carbon,拉丁文意為煤炭)是一種化學元素,符號為C,原子序数為6,位於元素週期表中的IV A族,屬於非金屬。每個碳原子有四顆能夠進行鍵合的電子,因此其化合價通常為4。自然產生的碳由三種同位素組成:12C和13C為穩定同位素,而14C則具放射性,其半衰期約為5,730年。碳是少數幾個自遠古就被發現的元素之一(見化學元素發現年表)。 碳的同素異形體有數種,最常見的包括:石墨、鑽石及無定形碳。這些同素異形體之間的物理性質,包括外表、硬度、電導率等等,都具有極大的差異。在正常條件下,鑽石、碳納米管和石墨烯的熱導率是已知材質中最高的。 所有碳的同素異形體在一般條件下都呈固态,其中石墨的熱力學穩定性最高。它們不易受化學侵蝕,甚至連氧都要在高溫下才可與其反應。碳在無機化合物中最常見的氧化態為+4,並在一氧化碳及過渡金屬羰基配合物中呈+2態。無機碳主要來自石灰石、白雲石和二氧化碳,但也大量出現在煤、泥炭、石油和甲烷水合物等有機礦藏中。碳是所有元素中化合物种类最多的,目前有近一千萬種已記錄的純有機化合物,但這只是理論上可以存在的化合物中的冰山一角。 碳的豐度在地球地殼中排列第15(见地球的地殼元素豐度列表),並在全宇宙中排列第4(见化學元素豐度),名列氫、氦和氧之下。由於碳元素極為充沛,再加上它在地球環境下所能產生的聚合物種類極為繁多,因此碳是地球上所有生物的化學根本。.

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紅巨星

红巨星是巨星的一种,是恆星的一種衰變狀態,根据恒星质量的不同,存在期只有数百万年不等。质量通常约为0.5至8个太阳质量,质量更大的称为红超巨星,質量再大的為紅特超巨星。.

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紅超巨星

紅超巨星(RSG)是恆星的恆星光譜分類的約克光譜分類(光度分類)中的第一級,超巨星中的一種。雖然它們的質量不是最大的,但體積卻是宇宙中最大的恆星。 質量超過10個太陽質量的恆星,在燃燒完核心的氫元素,進入燃燒氦元素的階段之後,將成為紅超巨星。這些恆星的表面溫度很低(3500-4500 K),但有極大的半徑。已知在銀河系內最大的四顆紅超巨星是仙王座μ、人馬座KW、仙王座V354和天鵝座KY,它們的半徑都在太陽的1,500倍以上(大約是7天文單位,或是地球至太陽距離的7倍)。大部分紅巨星的半徑是太陽的200至800倍,已經足以到達並超越地球到太陽的距離。 這些巨大的恆星比起"熱真空"-沒有明確邊界的光球,只是單純的滲入星際空間內-還是非常小。它們有緩慢、密集的恆星風,而且如果核心的反應因為任何原因減緩(例如在殼層中燃燒的轉變),它們可能縮小成為藍超巨星。藍超巨星有較快速但是疏落的恆星風,能造成在紅超巨星階段已經被釋出的物質被壓迫進入擴展的殼層內 許多紅超巨星的質量都允許它們核心的最終產物是鐵元素,在接近生命期的結束時,它們將發展出來的元素會越來越重,而越重的元素也越接近核心。 相對來說,紅超巨星的階段很短暫,持續的時間只有數十萬至數百萬年。大多數大質量的紅超巨星會發展成為沃爾夫-拉葉星,而質量稍低的紅超巨星會以類似II型超新星結束它們的生命。 參宿四和心宿二是紅超巨星最著名的例子。.

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熱力學溫標

#重定向 热力学温标.

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融合能

#重定向 聚变能.

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質子-質子鏈反應

#重定向 質子﹣質子鏈反應.

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鈹(舊譯作鋍、鑉、鋊)是一種化學元素,符號為Be,原子序為4,屬於鹼土金屬。鈹通常在宇宙射线散裂過程中產生,是宇宙中較為稀有的元素之一。所有自然界中的鈹都與其他元素結合,形成礦物,如綠柱石(海藍寶石、祖母綠)和金綠寶石等。單質鈹呈鋼灰色,輕、硬而易碎。 在鋁、銅、鐵和鎳中加入鈹作為合金材料,可以加強其物理性質。用鈹銅合金製成的工具十分堅硬,在敲擊鋼鐵表面時也不會產生火花。由於鈹的抗彎剛度、熱穩定性、熱導率都很高,密度卻很低(只有水的1.85倍),所以適合做航空航天材料,用於導彈、航天器和衛星之中。X射線等電離輻射能夠穿透低密度和低原子量的鈹,所以在X光儀器和粒子物理學實驗中都常用鈹作為窗口材料。鈹和氧化鈹可以很好地傳導熱量,因此被用於控制器械的溫度。 在處理鈹的時候,必須使用適當的措施控制粉塵,因為吸入含鈹粉塵會引致可致命的慢性過敏性鈹中毒。.

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恒星

恆星是一種天體,由引力凝聚在一起的一顆球型發光電漿體,太陽就是最接近地球的恆星。在地球的夜晚可以看見的其他恆星,幾乎全都在銀河系內,但由於距離非常遙遠,這些恆星看似只是固定的發光點。歷史上,那些比較顯著的恆星被組成一個個的星座和星群,而最亮的恆星都有專有的傳統名稱。天文學家組合成的恆星目錄,提供了許多不同恆星命名的標準。 至少在恆星生命的一段時期,恆星會在核心進行氫融合成氦的核融合反應,從恆星的內部將能量向外傳輸,經過漫長的路徑,然後從表面輻射到外太空。一旦核心的氫消耗殆盡,恆星的生命就即將結束。有一些恆星在生命結束之前,會經歷恆星核合成的過程;而有些恆星在爆炸前會經歷超新星核合成,會創建出幾乎所有比氦重的天然元素。在生命的盡頭,恆星也會包含簡併物質。天文學家經由觀測其在空間中的運動、亮度和光譜,確知一顆恆星的質量、年齡、金屬量(化學元素的豐度),和許多其它屬性。一顆恆星的總質量是恆星演化和決定最終命運的主要因素:恆星在其一生中,包括直徑、溫度和其它特徵,在生命的不同階段都會變化,而恆星周圍的環境會影響其自轉和運動。描繪眾多恆星的溫度相對於亮度的圖,即赫羅圖(H-R圖),可以讓我們測量一顆恆星的年齡和演化的狀態。 恆星的生命是由氣態星雲(主要由氫、氦,以及其它微量的較重元素所組成)引力坍縮開始的。一旦核心有了足夠的密度,氫融合成氦的核融合反應就可以穩定的持續進行,釋放過程中產生的能量。恆星內部的其它部分會進行組合,形成輻射層和對流層,將能量向外傳輸;恆星內部的壓力能防止其因自身的重力繼續向內坍縮。一旦耗盡了核心的氫燃料,質量大於0.4太陽質量的恆星,會膨脹成為一顆紅巨星,在某些情況下,在核心或核心周圍的殼層會融合成更重的元素。然後這顆恆星會演化出簡併型態,並將一些物質回歸至星際空間的環境中。這些釋放至間中的物質有助於形成新一代的恆星,它們會含有比例較高的重元素。與此同時,核心成為恆星殘骸:白矮星、中子星、或黑洞(如果它有足夠龐大的質量)。 聯星和多星系統包含兩顆或更多受到引力束縛的恆星,通常彼此都在穩定的軌道上各自運行著。當這樣的兩顆恆星在相對較近的軌道上時,其间的引力作用可以對它們的演化產生重大的影響。恆星可以構成更巨大的引力束縛結構,像是星團或是星系。.

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核聚变

--,是将两个较轻的核结合而形成一个较重的核和一个很轻的核(或粒子)的一种核反应形式。在此过程中,物质没有守恒,因为有一部分正在聚变的原子核的物质被转化为光子(能量)。核聚变是给活跃的或“主序的”恆星提供能量的过程。 两个较轻的核在融合过程中产生质量亏损而释放出巨大的能量,两个轻核在发生聚变时因它们都带正电荷而彼此排斥,然而两个能量足够高的核迎面相遇,它们就能相当紧密地聚集在一起,以致核力能够克服库仑斥力而发生核反应,这个反应叫做核聚变。 舉個例子:两个質量小的原子,比方說兩個氚,在一定条件下(如超高温和高压),會发生原子核互相聚合作用,生成中子和氦-4,并伴随着巨大的能量释放。 原子核中蕴藏巨大的能量。根据质能方程E.

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氦(Helium,舊譯作氜)是一种化学元素,其化学符号是He,原子序数是2,是一种无色的惰性气体,放电时发橙红色的光。在常温下,氦是一种极轻的无色、无臭、无味的单原子气体。氦在空氣中含量較少,但在宇宙中是第二豐富的元素,在银河系佔24%。.

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氦核作用

氦核作用 (或α作用、α反應)是兩種核融合的類型之一,能將恆星的氦轉換成重元素,另一種即是3氦過程(3α反應)。 當3氦反應進行時只需要氦的參與,而一旦有一些碳產生,能消耗氦的其他反應也會發生: 反应的过程是: 氦-4 → 铍-8 → 碳-12 → 氧-16 → 氖-20 → 镁-24 → 矽–28 → 硫–32 → 氩–36 → 钙–40 → 钛–44 → 铬–48 → 铁–52 → 镍–56 其中从氦-4开始到矽-28的反应过程叫氦聚变,从矽-28开始至镍-56的反应过程叫矽燃烧过程。所有這些反應在恆星內部發生的比率都不高,因此對於能量的貢獻並不大;比氖(原子量 > 10)重的元素,由於庫侖障壁的增加,因此不太容易產生。 所謂的α作用元素 (或α元素)是質量為氦核(α粒子)整數倍的同位素,它們的豐度是最高的。 α元素的原子序数≤ 28:He、Be、C、O、Ne、Mg、Si、S、Ar、Ca、Ti、Cr、Fe、Ni。它们在II型超新星的矽融合過程中經由α捕獲而形成,镍-56是大质量恒星以核融合能产生的最后一种元素。 矽和鈣是純粹的α作用元素,鎂可以由氫核捕獲的燃燒過程中產生。至於氧,有些人認為是α作用元素,但也有人認為不是,在金屬量低的第二星族星中,氧確實是α作用元素;其他的在第二型超新星中產生的α作用元素,它們增加的質量都和氦的質量有很好的關聯性。有時候碳和氮也會被視為α作用元素,因為它們是經由α捕獲所形成的元素。 在恆星內的α作用元素豐度通常都以對數的形式來表達: 此處N_和N_分別是每單位體積內α作用元素和鐵原子的數量。理論的星系演化模型預測在宇宙的早期,相對於鐵有更多的α作用元素。第二型超新星主要合成的元素是氧和α作用元素(氖、鎂、矽、硫、氬、鈣和鈦),而Ia超新星在鐵峰頂產生元素(V、Cr、Mn、Fe、Co和Ni)。.

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氧(IUPAC名:Oxygen)是一種化學元素,符號為O,原子序為8,在元素週期表中屬於氧族。氧屬於非金屬,是具有高反應性的氧化劑,能夠與大部分元素以及其他化合物形成氧化物。氧在宇宙中的總質量在所有元素中位列第三,僅居氫和氦之下。Emsley 2001, p.297在標準溫度和壓力下,兩個氧原子会自然鍵合,形成無色無味的氧氣,即雙原子氧()。氧氣是地球大氣層的主要成分之一,在體積上佔20.8%。地球地殼中近一半的質量都是由氧和氧化物所組成。 氧是細胞呼吸作用中重要的元素。在生物體中,主要有機分子,如蛋白質、核酸、碳水化合物和脂肪等,還有組成動物外殼、牙齒和骨骼的無機化合物,都含有氧原子。生物體絕大部分的質量都由含氧原子的水組成。光合作用利用陽光的能量把水和二氧化碳轉化為氧氣。氧氣的化學反應性強,容易與其他元素結合,所以大氣層中的氧氣成分只能通過生物的光合作用持續補充。臭氧()是氧元素的另一種同素異構體,能夠較好地吸收中紫外線輻射。位於高海拔的臭氧層有助阻擋紫外線,從而保護生物圈。不過,在地表上的臭氧屬於污染物,為霧霾的副產品之一。在低地球軌道高度的單原子氧足以對航天器造成腐蝕。 卡爾·威廉·舍勒於1773年或之前在烏普薩拉最早發現氧元素。約瑟夫·普利斯特里亦於1774年在威爾特郡獨立發現氧,因為其成果的發表日期較舍勒早,所以一般被譽為氧的發現者。1777年,安東萬-羅倫·德·拉瓦節進行了一系列有關氧的實驗,推翻了當時用於解釋燃燒和腐蝕的燃素說。他也提出了氧的現用IUPAC名稱「oxygen」,源自希臘語中的「ὀξύς」(oxys,尖銳,指酸)和「-γενής」(-genes,產生者)。這是因為命名之時,人們曾以為所有酸都必須含有氧。許多化學詞彙都在清末傳入中國,其中原法文元素名「oxygène」被譯為「養」,後譯為「氱」,最終演變為今天的中文名「氧」。 氧的應用包括暖氣、內燃機、鋼鐵、塑料和布料的生產、金屬氣焊和氣割、火箭推進劑、及航空器、潛艇、載人航天器和潛水所用的生命保障系統。.

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3氦過程

3氦過程是3個氦原子核(α粒子)轉換成碳原子核的過程。 這種核融合反應可以在超過一億K的高溫和氦含量豐富的恆星內部迅速的發生。同樣的,它發生在較老年,經由質子-質子鏈反應和碳氮氧循環產生的氦,累積在核心的恆星。在核心的氫已經燃燒完後,核心將塌縮,直到溫度達到氦燃燒的燃點。 這個過程釋放出的淨能量為7.275 MeV。 在第一個階段形成的8Be是不穩定的,會經歷2.6×10-16秒就再分裂回氦,但是在氦燃燒能形成8Be的條件下,只要有微小的平衡豐度,就能再捕獲一個氦原子核形成12C。這種結合三個氦原子核轉換成碳的過程就稱為3氦過程。 由於3氦過程需要較長的時間才能形成碳,因此在太初核合成不太可能發生。此一結果可以說明大霹靂為何沒有製造出碳,因為在大霹靂之後的一分鐘,就已經低於核融合所需要的溫度了。 通常,3氦過程發生的可能性是非常低的,但是鈹-8在基態的能量幾乎就是氦的兩倍。在第二個階段,8Be + 4He幾乎就是碳在激發態下的能量。這種共振的狀態,使接踵而來的氦和鈹結合成碳的可能性大為增加。這種共振的存在被觀測到之前,基於物理上的必要性,為了在恆星內形成碳,弗雷德·霍伊爾就已經預測到了。實際上,這種能量共振和過程的預測然後真的被發現,對霍伊爾恆星核合成的假說:假設所有的化學元素都是從最初的氫-真正的原始物質-形成的,提供了非常重大的支持。 在過程中的一些副作用是,一些碳元素可能會和氦融合產生穩定的氧同位素,並且釋放出能量: 接下來的反應鏈是氧會再與氦結合生成氖,但再繼續下去就有困難了,因為核自旋規律的限制,結果使得更重的元素不容易在恆星核合成中形成。 這樣的情狀使得恆星核合成創造出來大量的碳和氧,只有一小部分能被轉換成氖和其他更重的元素。氧和碳都是氦燃燒的灰燼,而人擇原理曾被引用來解釋碳和氧在宇宙中被敏感的核共振大量創造出來的事實。 融合的過程能創造的元素只到鐵,更重的(在鐵之外的)元素只要是由中子捕獲創造的。慢中子捕獲(S-過程)生產出大約一半的重元素,另外的一半則可能由快中子捕獲(R-過程)在核塌縮的超新星中創造出來。.

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