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中子捕獲的宇宙奧秘：如何在恆星內形成重元素？
在浩瀚的宇宙中，重元素的形成始於恆星內部的核反應。當中子與原子核碰撞，且融合成較重的原子核時，一種稱為中子捕獲的過程便發生了。因為中子不帶電荷，因此能更輕易地進入原子核，這使得中子捕獲在宇宙核合成中扮演著重要角色，特別是在重元素的生成上。
中子捕獲的過程可分為快速過程（r-process）和緩慢過程（s-process）。
當以熱中子形式進行捕獲時，例如在核反應堆中，當自然金（197Au）被中子轟擊時，會形成激發狀態的同位素198Au，並迅速以伽馬射線（𝛾）的形式衰變到其基態。在這一過程中，質量數增加一。這一過程的表達式為197Au + n → 198Au + γ，或者簡寫為197Au(n,γ)198Au。
在高中子通量的情況下，例如在某些恆星的核心，r-process的發生則意味著原子核在多次中子吸收之間無法進行β衰變。這樣，質量數會大幅上升，而原子數（也就是元素）保持不變。當不再可能進一步的中子捕獲時，這些高度不穩定的原子核會通過多次β衰變最終變為穩定的較高數量元素的同位素。
中子吸收截面是一種量度，有效的橫截面表示原子核吸收中子的概率，通常以barn為單位。這個數值會根據中子的能量有很大的變化。
中子捕獲的過程在形成化學元素的同位素中扮演著至關重要的角色，其所涉及的能量也在同位素的標準反應焓中起著重要作用。由於不同元素在吸收中子時釋放出的輻射各不相同，因此中子激活分析成為了一種在遙遠地點檢測材料化學成分的有用工具，這在礦物勘探和安全等多個領域都得到了應用。
在工程學中，最重要的中子吸收劑是10B，它用作核反應堆的控制棒中的碳化硼，或者作為加壓水反應堆的冷卻劑水添加劑。其他的中子吸收劑還包括氙、鎘、鋯、鉬、鑭等。這些元素的同位素混合在自然界中，其中一些具有良好的中子吸收性能。特別是鋯和鉿，它們在自然界中同時存在，由於奧西安的化學性質相似，但在核性能方面卻存在明顯的差異。
鉿的中子吸收能力是鋯的600倍，後者幾乎對中子透明，因此在反應堆的內部部件中受到重視。
經過電離交換樹脂，經濟有效地分離出鋯和鉿，可以進一步增強核反應堆的安全性和穩定性。在此過程中，理解中子捕獲的機制為核科學的研發和應用奠定了基礎。
究竟這些中子捕獲過程揭示了什麼樣的宇宙奧秘，而這又將如何影響我們未來的科技和對宇宙的理解？
