地球上能生产元素吗？

上一篇博文中提到，由于弹核与靶核间的库仑排斥，使得核聚变的点火温度很高。对于最轻的聚变核反应，点火温度也要1千万度以上。地球上的自然环境显然没有这么高的温度，因此没有产生核聚变的自然条件。要想找到能够生产元素的场所，必须寻找温度很高的地方。那么宇宙中哪里的温度能达到上千万的高温呢？

经过多年工作，科学家们找到两种这样的高温场所。伽莫夫找到的是宇宙初期的高温高密环境，他想用这种场所产生自然界中所有的元素。但是，由于宇宙膨胀速度太快了，又加上缺少原子量为5和8的稳定核素。伽莫夫的方法仅能产生约75%的氢、25%的氦和微不足道的锂元素，更重的元素很难用这种方法生成。现在，我们把伽莫夫的这种生产核素的方法叫做大爆炸核合成，也有时被称作原初核合成。霍伊尔认为恒星才是元素生产的场所，他也试图在恒星环境下产生所有的元素。霍伊尔使用八中核过程能够产生从氦到铀的所有核素，不过他的模型很难产生氢和足量的氦，这种学说被称作恒星核合成。这两种学说都不能产生所有的元素，不过，如果把两个人的学说合起来就能圆满的解释宇宙里的所有核素了，即：大爆炸核合成产生了氢、氦和少量的锂元素，恒星核合成产生了从氦到铀的所有元素。

元素产生历史的示意图

地球上的元素其实就是继承了恒星的遗产，我们身体里的元素也是通过食物转换得到的。因此卡尔·萨根说：我们都是恒星的灰尘。

那么我们是否可以说地球上不能生产元素了呢？事情也不是那么绝对，记得我们以前博文中说过的中子吗？它同原子核反应时没有库仑位垒的阻碍，反应比较容易。在从恒星继承过来的元素中，有一些是长寿命的核素，至今还没有衰变完，仍然可以通过发射α，β和γ粒子变成稳定核素。有时衰变的α粒子会同其它核素通过(α,n)反应产生中子，这些中子打到其它原子核上也会发生核反应生成别的核素。另外，宇宙射线也能和地球空气中的碳氮氧发生反应，产生一些核素，比如，铍、硼等。另外还有一些人工产生的元素，比如科学家们使用加速器产生高能离子，并用这些离子轰击靶核，通过反应产生一些核素。在这些生产的元素中，有些元素还是在大自然中找不到的元素，有人把这些元素叫新元素。我对此有不同的意见，因为它们实质上都是在恒星核合成中产生过的，只不过早就衰变殆尽，现在找不到而已。而科学家们还在持之以恒地产生这些元素，并用自己国家或单位名称来命名发现的这些“新”元素。

一个标记着发现国国旗的元素周期表

总之，地球上确实会产生一些元素，不过它们并不新，并且量很少，小于地球原始元素的千万分之一。因此可以说，地球上绝大多数元素都是在大爆炸和恒星演化过程中产生的。有些不稳定的核素，比如半衰期小于一万年，如果在地球上发现了这些元素，那它们可以肯定是在地球上被产生的，因为恒星中产生的这些元素经过46亿年(地球年龄)早已衰变完了。