鉄より重い元素はどうやってできるのですか？

質問

こんにちは。
恒星のことについて調べていたら、核融合反応では鉄より重い元素はできないと書いてありました。
しかし地球には鉄より重い元素がたくさんあります。
ウランなどの質量量の大きな元素はどこでどうやって作られると考えれているのでしょうか？
教えてください。
よろしくお願いします。

回答No.3

jyuedan · ベストアンサー

＞恒星のことについて調べていたら、核融合反応では鉄より重い元素はできないと書いてありました。

正確には、「恒星内で起る核融合では鉄より重い元素はできない」ということです。

質問の主旨は↓でよろしいでしょうか
＞ウランなどの質量量の大きな元素はどこでどうやって作られると考えれているのでしょうか？

回答：質量の大きい恒星が超新星爆発を起す時の圧力による核融合によって作られます。
（超新星爆発は、質量の大きい恒星（太陽の10倍以上）でなければ起りません。）

以下は、重い原子ができる過程です
恒星内では、水素が核融合する事により、エネルギーとヘリウムが作られています。
恒星は、この核融合のエネルギーが外部（表面）に向かう圧力となっています。
これが、中心核の引力によって引き込まれる物質を止めています。

その恒星内で水素が不足してくると、ヘリウムも核融合し始めます。
そうなると、それから生まれた元素も更に核融合をしていきます。
この結果、多くの元素が生まれます。

しかし、鉄は安定性が高く核融合を起しにくいので、恒星内部の圧力では鉄までしか作れません。
そうなると、核融合が行われずエネルギーが生まれなくなります。
その後、中心核の温度が上がり、鉄がヘリウムに分解されます。（光崩壊）
これは吸熱反応なので、エネルギーが生まれません。
その結果、【重力崩壊】がおこり、超新星爆発がおこります。

この超新星爆発の圧力による核融合で、鉄より重い元素が生まれます。

【重力崩壊】
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E9%87%8D%E5%8A%9B%E5%B4%A9%E5%A3%8A

お礼

ありがとうございます。
自分たちの地球にどうしていろいろな元素があるのか昔から不思議でなりませんでした。
私たちは昔、星の中にいたんですね。なんか不思議です。

回答No.7

Verhalten

＞それでも疑問が残れば、また質問してみてください。

回答内容から。
Slow Processでの重金属プロセスは間違いであると証明されたのですか？

http://ja.wikipedia.org/wiki/S%E9%81%8E%E7%A8%8B

種族IIでの超新星爆発で種族Iは既に重金属を含むと考えられますが、
種族IIと種族Iのr-processはどの程度の違いがあるのでしょうか？

お礼

すみません。mazeran さんへの質問となってしまっているので、私はどうすることもできません。
みなさんが丁寧に教えてくださったのでなんとなくわかったような気がしています。
mazeran さんとは個別に質問されてはいかがでしょうか。
私の質問はこれでとじさせていただきます。

回答No.6

mazeran

以前同じような質問があり回答しています。
ここの私の回答を、一読してみてください。

http://okwave.jp/qa/q4998665.html

それでも疑問が残れば、また質問してみてください。

お礼

「中性子星」同士の衝突なんてものがあるのですね。
この広い宇宙でなぜぶつかってしまうかなんて想像もできませんが、そうやってできた物質で自分たちの世界ができているなんて不思議で素敵な気がしました。

回答No.5

Tacosan

一応念のため:

#2 にも書きましたが, 「恒星内で起る核融合では鉄より重い元素はできない」ということはありません. より正確には
「恒星内でも鉄より陽子の多い元素を合成できる」
と書いた方がいいか? もちろんこれでも完全に正確ではなく, 実際の元素合成ではいったん [56Ni] が生成し, これが
[56Ni]→[56Co]→[56Fe]
と 2回の β崩壊を経て最終的な [56Fe] に落ち着きます. が, いずれにしろ「ニッケルより陽子の多い元素を合成できる」ことも事実です.

そもそも超新星爆発における元素合成だけでは「現在宇宙にある元素の割合」が説明できないので, 「超新星爆発によらない元素合成」は理論上どうしても必要です.

ちなみに「核子 1個当たりの結合エネルギー」が最大になるのは [56Fe] ではなく [62Ni]. ただしアルファ核としては [56Ni] が最大で
[56Ni] + α → [60Zn]
の反応は起きません. したがって, [56Fe] より大きな安定核を作るには
・超新星爆発で大量の中性子を叩き込む
・中性子を 1個ずつちまちまとひっつける
のどちらかが必要です.

ただし後者の過程では [209Bi] に中性子を当ててできる [210Bi] がベータ崩壊→アルファ崩壊して [206Pb] に戻ってしまうため, どう頑張ってもビスマスまでしか作れません.

お礼

ありがとうございます。
理論で導き出されるのですね。
難しくてよく理解できないのが正直なのですが、人類の科学ってすごいと思いました。

回答No.4

noname#175206

超新星爆発による高温高圧で鉄より重い元素ができます。短時間で崩壊するような元素までできるほどです。

　これは「超新星元素合成」と呼ばれていて、詳細は以下のウィキペディア、さらにググってみるといいかと思います。

http://ja.wikipedia.org/wiki/%E8%B6%85%E6%96%B0%E6%98%9F%E5%85%83%E7%B4%A0%E5%90%88%E6%88%90

お礼

ありがとうございますね。
これらの理論は机上で導き出されたのでしょうか？
星を観測していてもそんなことがわかるのでしょうか。
とても不思議な感じがします。

回答No.2

Tacosan

ウランまでもっていくためには超新星が必要ですが, 鉛 (あるいはビスマス) で止めていいならそこまで過激な過程は不要です.

ふつ～に核融合すると確かに鉄 (コバルト及びニッケル) で止まってしまいますが, ある程度の星になると「ふつ～じゃない反応」もおきたりしますし, 「エネルギーを発生ない」ことと「起きない」こととは同じではありません.

詳細は「r過程」とか「s過程」とかで調べてください.

お礼

ありがとうございました。
「r過程」とか「s過程」をみてみましたが、とても難しくて。けど科学はいろいろなことを解明しているのですね。

回答No.1

tony3303

核融合
一般的にいえば、次のような理由から、核融合反応は非常に起こりにくい。標的として
の原子核は極めて小さい。核融合が実現するには正電荷をもつ原子核同士が原子核の大き
さ程度に接近する必要がある。古典物理学的には荷電粒子は電気的斥力エネルギー（クー
ロン障壁）の以上の運動エネルギーを持たなければ接近することができない。このために
外部から入射粒子を加熱などにより加速する必要がある。このクーロン障壁は温度に換算
すると、109Kを越える。この意味で核融合は熱核融合と呼ばれることがある。そして、超
高温の下で物質は電子とプラスイオンが分離したプラズマ（plasma) 状態となる。太陽な
ど恒星では、膨大な質量が集まり、その重力による収縮で大きな熱が発生して超高温とな
る。（量子力学的にはクーロン障壁より低いエネルギーでもトンネル効果により核融合反応
が起こる。ただ、反応率が低い。）
1 宇宙における元素合成のサイクル
すべての物質は核反応で作られた
ビッグバンで水素（H）、ヘリウム（He）, リチウム（Li）という軽い元素が合成された。
その後、恒星の誕生と成長とともに鉄（Fe）までの元素が作られた。鉄の原子核はもっと
も安定である（質量数あたりの結合エネルギー最大）から、鉄よりも重い元素は出来ない。
恒星の一生の最終段階である超新星爆発により、それまでに作られた鉄までの元素が宇宙
空間に撒き散らされるとともに、鉄よりも重いウラン（U）までの元素が作られる。この
ように撒き散らされた星のかけらのごく一部が人間を含む生物や地球を形成している。

引用しました。

お礼

ありがとうございました。
この地球ができる前にいろいろな星の中で自分たちの元ができたことってすごいって感じました。