Fusão NUCLEAR nas estrelas

Todas as estrelas são estrelas que liberam uma grande quantidade de energia que eles emitem na forma de radiação. As emissões do Sol, a estrela mais próxima de nós, chegam até nós na forma de luz e calor. Este fato é percebido naturalmente e a humanidade está ciente disso desde o início dos tempos. Porém, o que não é mais tão óbvio é o tipo de reação que resulta na liberação dessa enorme quantidade de energia. Nesta lição de um PROFESSOR, dizemos a você o que fusão nuclear nas estrelas.

Índice

1. O que é fusão nuclear e como é produzida?
2. Como a energia é gerada nas estrelas?
3. Como ocorre a fusão nuclear nas estrelas?

As reações de fusão nuclear, como o nome sugere, são aquelas reações nucleares nas quais vários núcleos de átomos leves combinar para criar um novo átomo com um núcleo mais pesado produto da combinação de prótons de vários núcleos atômicos diferentes. A massa do núcleo resultante desse tipo de reação pode ser ligeiramente menor que a soma da massa dos dois átomos que participaram da reação. A diferença de massa é liberada na forma de energia de reação, de acordo com o

Que envolve a liberação de uma grande quantidade de energia. Portanto, a fusão nuclear é uma forma muito eficiente de gerar energia, muito mais do que qualquer reação química como a combustão de petróleo ou madeira. Uma reação de fusão nuclear gera aproximadamente dez milhões de vezes mais energia do que qualquer reação química.

No entanto, esses tipos de reações eles só ocorrem sob condições muito específicas em que a energia de repulsão entre as cargas positivas de dois núcleos leves é superada pela força nuclear, sempre atrativa e de curto alcance. Essa condição só ocorre quando os núcleos atômicos se movem em alta velocidade, o que implica em temperaturas muito altas. Em altas temperaturas, os átomos estão na forma de plasma. O estado de plasma é aquele estado físico da matéria, no qual os núcleos são separados dos elétrons.

Assim, para que ocorra uma reação de fusão, o Critério de Lawson, que estabelece as condições de temperatura, a densidade do plasma e o tempo em que estas são mantidas condições (chamadas de tempo de confinamento do plasma), que são necessárias para desencadear uma reação de fusão nuclear.

A definição mais simples de um EstrelaÉ aquele que diz que é uma estrela que emite luz própria. Indo mais fundo, podemos dizer que é um grande esfera de gás em revolução, onde o gás é atraído para o centro da esfera por forças gravitacionais, atingindo altas pressões e temperaturas que desencadeiam reações nucleares que liberam grandes quantidades de energia na forma de radiação eletromagnética, luz e quente.

Dado que uma estrela é um grande reator nuclear, sua composição não é constante e evolui ao longo do tempo desde seu nascimento, quando a estrela é acesa ou "ligada"; até que a estrela esgote todo o seu combustível e "morra".

Ao longo dos diferentes estágios da vida de uma estrela, a composição e as condições em que seu plasma se encontra mudam, e com elas o reações de fusão nuclear que encontramos em seu núcleo.

Nesta lição, veremos em detalhes a reação de fusão nuclear mais comum em estrelas da sequência principal, como a nossa sol.

Imagem: Prezi

Nas estrelas o Critério de Lawson para que as reações de fusão nuclear ocorram. Nesse caso, o confinamento do plasma é dado pela enorme força gravitacional. Diferentes reações de fusão requerem diferentes condições de temperatura e densidade para que ocorram de forma otimizada.

Dependendo da massa e idade da estrela, as reações de fusão que ocorrem em seu núcleo podem ser de três tipos diferentes: fusão próton-próton, fusão do hélio ou o ciclo do carbono. Resumindo, veremos a reação próton-próton, que é a mais frequente.

Fusão próton-próton: transformação do hidrogênio em hélio.

Estrela da sequência principal, é composta por 70% de hidrogênio, 28% de hélio e 1,5% de carbono, ozônio, oxigênio e néon e 0,5% de ferro e outros elementos. Portanto, o seu combustível principal é hidrogênio, que é o átomo mais simples e cujo núcleo é formado por um único próton (partícula subatômica com massa e carga positiva).

O ciclo de reação de fusão próton-próton é resumido em cinco etapas:

1.- Fusão de dois prótons

Dentro da estrela, dois átomos de hidrogênio, ou seja, dois prótons, se fundem para formar um único núcleo.

2.- Formação de deutério

Nesse núcleo formado por dois prótons, um deles se transforma em nêutron (partícula subatômica com massa, mas sem carga), dando origem a um núcleo de deutério, um isótopo pesado de hidrogênio que tem um núcleo composto de um próton e um nêutron. Esta etapa do ciclo requer energia e nela um pósitron ou antielétron é liberado (uma partícula com as mesmas características do elétron mas com carga positiva) e um neutrino de elétron ou leptão (partícula subatômica que tem uma massa um milhão de vezes menor que a do elétron).

3.- Formação de núcleos de Hélio-3

O deutério, produzido na segunda reação do ciclo, participa de uma nova reação de fusão nuclear, incorporando um próton. A fusão do núcleo de deutério com outro próton (núcleo de hidrogênio) dá origem a um núcleo de Hélio-3 (composto de dois prótons e um nêutron).

4- Fusão de dois núcleos de hélio

Nessa quarta reação, dois núcleos de hélio se fundem para dar origem a um único núcleo composto de dois nêutrons e quatro prótons.

5.- Liberação de dois prótons

Na última reação do ciclo, o núcleo formado na reação anterior forma um núcleo de Hélio, também chamada de partícula alfa, que é composta de dois nêutrons e dois prótons, através da liberação energética de dois prótons.

O ciclo completo da fusão próton-próton envolve uma geração de energia de 25 MeV (megelétron volts).

Imagem: Planetas

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• Colaboração Borexino * (2014). Neutrinos do processo de fusão próton-próton primário no Sol. Stuttgart: Macmillan Publishers Limited.
• Davide Castelvecchi (2020). Neutrinos revelam o segredo final da fusão nuclear no sol. Pesquisa e ciência. Barcelona: Scientific Press S.L.