NUCLEARE Fusione nelle stelle

Tutte le stelle sono stelle che rilasciano una grande quantità di energia che emettono sotto forma di radiazioni. Le emissioni del Sole, la stella più vicina a noi, ci raggiungono sotto forma di luce e calore. Questo fatto è percepito naturalmente e l'umanità ne è consapevole fin dall'inizio dei tempi. Tuttavia, ciò che non è più così ovvio è il tipo di reazione che provoca il rilascio di questa enorme quantità di energia. In questa lezione di un PROFESSORE ti diciamo cosa fusione nucleare nelle stelle.

Indice

1. Cos'è la fusione nucleare e come viene prodotta?
2. Come si genera l'energia nelle stelle?
3. Come avviene la fusione nucleare nelle stelle?

Le reazioni di fusione nucleare, come suggerisce il nome, sono quelle reazioni nucleari in cui diversi nuclei di atomi leggeri combinare per creare un nuovo atomo con un nucleo più pesante prodotto della combinazione di protoni provenienti da diversi nuclei atomici. La massa del nucleo risultante da questo tipo di reazione può essere leggermente inferiore alla somma della massa dei due atomi che hanno partecipato alla reazione. La differenza di massa viene rilasciata sotto forma di energia di reazione, secondo la

Che comporta il rilascio di una grande quantità di energia. Pertanto, la fusione nucleare è un modo molto efficiente di generare energia, molto più di qualsiasi reazione chimica come la reazione di combustione del petrolio o del legno. Una reazione di fusione nucleare genera circa dieci milioni di volte più energia di qualsiasi reazione chimica.

Tuttavia, questo tipo di reazioni si verificano solo in condizioni molto specifiche in cui l'energia di repulsione tra le cariche positive di due nuclei leggeri viene superata dalla forza nucleare, che è sempre attrattiva ea corto raggio. Questa condizione si verifica solo quando i nuclei atomici si muovono ad alta velocità, il che implica temperature molto elevate. Ad alte temperature gli atomi sono sotto forma di plasma. Lo stato di plasma è quello stato fisico della materia, in cui i nuclei sono staccati dagli elettroni.

Quindi, affinché si verifichi una reazione di fusione, il Il criterio di Lawson, che stabilisce le condizioni di temperatura, la densità del plasma e il tempo in cui queste vengono mantenute condizioni (chiamate tempo di confinamento del plasma), necessarie per innescare una reazione di fusione nucleare.

La definizione più semplice di a stellaÈ quella che dice che è una stella che emette luce propria. Andando più in profondità, possiamo dire che è un enorme sfera di gas in rivoluzione, dove il gas viene attratto verso il centro della sfera dalle forze gravitazionali, raggiungendo pressioni e temperature elevate che innescano reazioni nucleari che rilasciano grandi quantità di energia verso l'esterno sotto forma di radiazioni elettromagnetiche, luce e caldo.

dato che una stella è un grande reattore nucleare, la sua composizione non è costante ed evolve nel tempo dalla sua nascita, quando la stella si accende o si "accende"; finché la stella non usa tutto il suo carburante e "muore".

Durante le diverse fasi della vita di una stella, la composizione e le condizioni in cui si trova il suo plasma cambiano, e con esse la reazioni di fusione nucleare che troviamo al suo interno.

In questa lezione vedremo in dettaglio la reazione di fusione nucleare più comune nelle stelle di sequenza principale, come la nostra Sole.

Immagine: Prezi

Nelle stelle il Il criterio di Lawson affinché avvengano le reazioni di fusione nucleare. In questo caso il confinamento del plasma è dato dall'enorme forza gravitazionale. Reazioni di fusione diverse richiedono condizioni di temperatura e densità diverse per svolgersi in modo ottimale.

A seconda della massa e dell'età della stella, le reazioni di fusione che avvengono nel suo nucleo possono essere di tre diversi tipi: fusione protone-protone, fusione dell'elio o ciclo del carbonio. In sintesi, vedremo la reazione protone-protone, che è la più frequente.

Fusione protone-protone: trasformazione dell'idrogeno in elio.

Una stella della sequenza principale è composta per il 70% di idrogeno, per il 28% di elio e per l'1,5% di carbonio, ozono, ossigeno e neon e per lo 0,5% di ferro e altri elementi. quindi il suo il combustibile principale è l'idrogeno, che è l'atomo più semplice e il cui nucleo è formato da un singolo protone (particella subatomica con massa e carica positiva).

Il ciclo di reazione di fusione protone-protone è riassunto in cinque fasi:

1.- Fusione di due protoni

All'interno della stella, due atomi di idrogeno, cioè due protoni, si fondono per formare un unico nucleo.

2.- Formazione di deuterio

In questo nucleo formato da due protoni, uno di essi si trasforma in neutrone (particella subatomica con massa, ma senza carica), dando origine a un nucleo di deuterio, un isotopo pesante dell'idrogeno che ha un nucleo formato da un protone e un neutrone. Questa fase del ciclo richiede energia e in essa viene rilasciato un positrone o antielettrone (particella con le stesse caratteristiche dell'elettrone ma con carica positiva) e un neutrino elettronico o leptone (particella subatomica che ha massa un milione di volte inferiore a quella del elettrone).

3.- Formazione di nuclei di Elio-3

Il deuterio, prodotto nella seconda reazione del ciclo, partecipa a una nuova reazione di fusione nucleare, incorporando un protone. La fusione del nucleo di deuterio con un altro protone (nucleo di idrogeno) dà origine ad un nucleo di elio-3 (composto da due protoni e un neutrone).

4- Fusione di due nuclei di elio

In questa quarta reazione, due nuclei di elio si fondono insieme, per dare origine ad un unico nucleo composto da due neutroni e quattro protoni.

5.- Rilascio di due protoni

Nell'ultima reazione del ciclo, il nucleo formato nella reazione precedente forma un nucleo di elio, anche detta particella alfa, che è composta da due neutroni e due protoni, attraverso il rilascio energetico di due protoni.

Il ciclo completo della fusione protone-protone comporta una generazione di energia di 25 MeV (megaelettronvolt).

Immagine: Pianeti

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• Collaborazione Borexino* (2014). Neutrini dal processo di fusione protone-protone primario nel Sole. Stoccarda: Macmillan Publishers Limited.
• Davide Castelvecchi (2020). I neutrini rivelano l'ultimo segreto della fusione nucleare sul Sole. Ricerca e scienza. Barcellona: Scientific Press S.L.