NUCLÉAIRE Fusion dans les étoiles

Toutes les étoiles sont étoiles qui libèrent une grande quantité d'énergie qu'ils émettent sous forme de rayonnement. Les émissions du Soleil, l'étoile la plus proche de nous, nous parviennent sous forme de lumière et de chaleur. Ce fait est perçu naturellement et l'humanité en est consciente depuis la nuit des temps. Cependant, ce qui n'est plus aussi évident, c'est le type de réaction qui se traduit par la libération de cette énorme quantité d'énergie. Dans cette leçon d'un PROFESSEUR, nous vous expliquons ce que fusion nucléaire dans les étoiles.

Indice

1. Qu'est-ce que la fusion nucléaire et comment est-elle produite ?
2. Comment l'énergie est-elle générée dans les étoiles ?
3. Comment se produit la fusion nucléaire dans les étoiles ?

Les réactions de fusion nucléaire, comme leur nom l'indique, sont des réactions nucléaires dans lesquelles plusieurs noyaux de atomes légers

Ce qui implique la libération d'une grande quantité d'énergie. Par conséquent, la fusion nucléaire est un moyen très efficace de générer de l'énergie, bien plus que toute réaction chimique telle que la réaction de combustion du pétrole ou du bois. Une réaction de fusion nucléaire génère environ dix millions de fois plus d'énergie que n'importe quelle réaction chimique.

Cependant, ce genre de réactions ils ne se produisent que dans des conditions très spécifiques dans lequel l'énergie de répulsion entre les charges positives de deux noyaux légers est dépassée par la force nucléaire, qui est toujours attractive et à courte portée. Cette condition ne se produit que lorsque les noyaux atomiques se déplacent à grande vitesse, ce qui implique des températures très élevées. A haute température, les atomes sont sous forme de plasma. L'état plasma est cet état physique de la matière, dans lequel les noyaux sont détachés des électrons.

Ainsi, pour qu'une réaction de fusion se produise, le critère de Lawson, qui établit les conditions de température, la densité du plasma et le temps de maintien de celles-ci conditions (appelées temps de confinement du plasma), qui sont nécessaires pour déclencher une réaction de la fusion nucléaire.

La définition la plus simple d'un EtoileC'est celui qui dit que c'est une étoile qui émet sa propre lumière. En approfondissant, on peut dire que c'est un énorme sphère de gaz en révolution, où le gaz est attiré vers le centre de la sphère par des forces gravitationnelles, atteignant des pressions et des températures élevées qui ils déclenchent des réactions nucléaires qui libèrent de grandes quantités d'énergie vers l'extérieur sous forme de rayonnement électromagnétique, de lumière et chaud.

Étant donné que une étoile est un grand réacteur nucléaire, sa composition n'est pas constante et évolue dans le temps depuis sa naissance, lorsque l'étoile est allumée ou « allumée »; jusqu'à ce que l'étoile utilise tout son carburant et "meurt".

Au cours des différentes étapes de la vie d'une étoile, la composition et les conditions dans lesquelles se trouve son plasma changent, et avec elles la réactions de fusion nucléaire que l'on retrouve en son cœur.

Dans cette leçon, nous verrons en détail la réaction de fusion nucléaire la plus courante dans les étoiles de la séquence principale, comme notre Soleil.

Image: Prezi

Dans les étoiles le critère de Lawson pour que des réactions de fusion nucléaire aient lieu. Dans ce cas, le confinement du plasma est donné par l'énorme force gravitationnelle. Différentes réactions de fusion nécessitent des conditions de température et de densité différentes pour qu'elles se déroulent de manière optimale.

Selon la masse et l'âge de l'étoile, les réactions de fusion qui ont lieu dans son noyau peuvent être de trois types différents : la fusion proton-proton, la fusion à l'hélium ou le cycle du carbone. En résumé, nous verrons la réaction proton-proton, qui est la plus fréquente.

Fusion proton-proton: transformation de l'hydrogène en hélium.

Une étoile de la séquence principale, elle est composée de 70% d'hydrogène, 28% d'hélium et 1,5% de carbone, d'ozone, d'oxygène et de néon et 0,5% de fer et d'autres éléments. C'est pourquoi votre le carburant principal est l'hydrogène, qui est l'atome le plus simple et dont le noyau est formé d'un seul proton (particule subatomique de masse et de charge positive).

Le cycle de réaction de fusion proton-proton se résume en cinq étapes :

1.- Fusion de deux protons

À l'intérieur de l'étoile, deux atomes d'hydrogène, c'est-à-dire deux protons, fusionnent pour former un seul noyau.

2.- Formation de deutérium

Dans ce noyau formé de deux protons, l'un d'eux se transforme en neutron (particule subatomique de masse, mais sans charge), donnant naissance à un noyau de deutérium, un isotope lourd de l'hydrogène qui a un noyau composé d'un proton et d'un neutron. Cette étape du cycle nécessite de l'énergie et un positron ou un antiélectron est libéré (une particule ayant les mêmes caractéristiques que l'électron mais avec une charge positive) et un neutrino électronique ou lepton (particule subatomique qui a une masse un million de fois inférieure à celle du électron).

3.- Formation de noyaux d'hélium-3

Le deutérium, produit dans la deuxième réaction du cycle, participe à une nouvelle réaction de fusion nucléaire, incorporant un proton. La fusion du noyau de deutérium avec un autre proton (noyau d'hydrogène) donne naissance à un noyau d'hélium-3 (constitué de deux protons et d'un neutron).

4- Fusion de deux noyaux d'hélium

Dans cette quatrième réaction, deux noyaux d'hélium fusionnent pour donner naissance à un seul noyau composé de deux neutrons et quatre protons.

5.- Libération de deux protons

Dans la dernière réaction du cycle, le noyau formé dans la réaction précédente forme un noyau d'hélium, également appelée particule alpha, composée de deux neutrons et de deux protons, par la libération énergétique de deux protons.

Le cycle complet de la fusion proton-proton implique une génération d'énergie de 25 MeV (méga-électron-volt).

Image: Planètes

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• Collaboration Borexino * (2014). Les neutrinos du processus de fusion proton-proton primaire dans le Soleil. Stuttgart: Macmillan Publishers Limited.
• Davide Castelvecchi (2020). Les neutrinos révèlent le dernier secret de la fusion nucléaire sur le Soleil. Recherche et sciences. Barcelone: Scientific Press S.L.