Fusione dell'idrogeno in elio

Materie:Appunti
Categoria:Geografia Astronomica

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Testo

Reazioni di Fusione

Le reazioni di fusione termonucleari costituiscono il cuore vitale di tutte le stelle, in esse risiede il segreto dell’enorme energia che illumina il nostro universo. Quando la densità aumenta per l’avanzamento del collasso gravitazionale, gli strati più esterni che avvolgono il nucleo stellare diventano “opachi” alla radiazione cominciando a trattenerla in modo tale da incrementare enormemente la temperatura del nucleo. Il processo va avanti fino a quando il nucleo raggiunge densità e temperature tali da innescare le reazioni di fusione termonucleare. La temperatura necessaria per innescare il ciclo PP (protone-protone) si aggira intorno ai 14-15 milioni di gradi Kelvin.
Da questo momento in poi la stella vive convertendo ogni secondo centinaia di milioni di tonnellate di idrogeno in elio secondo la reazione di fusione nucleare denominata “catena Protone-Protone” (o PP) attraverso tre fasi:

1H + 1H → 2H + e+ + ve

Nella prima fase due atomi di idrogeno si fondono generando un atomo di deuterio e liberando un positrone, un neutrino ed ovviamente energia.
Ricordiamo brevemente che il positrone è l’antiparticella dell’elettrone ossia un elettrone positivo anziché negativo, il suo simbolo fisico è “e+”. Un neutrino è una particella di cui si conosce poco, si sa che è neutro e molto più piccolo dell’elettrone (circa 100000 volte più piccolo), si muove a velocità relativistiche prossime a quelle della luce, il suo simbolo fisico è “νe”. Un raggio gamma è una radiazione di tipo elettromagnetico molto energetica dal simboli fisico uguale a “γ”, ed infine l’elettrone è una particella dotata di carica negativa dal simbolo fisico “e−”.
Questa prima fase è estremamente lenta poiché il protone deve aspettare circa 109 anni prima di fondersi in deuterio.

2H + 1H → 3He + γ

Nella seconda fase l’atomo di deuterio appena formatosi si combina con un nuovo atomo di idrogeno generando un atomo di elio-3 (isotopo dell’elio) e un raggio gamma.

La terza fase può seguire tre vie diverse che, alla fine, portano comunque al medesimo risultato, ovvero alla formazione dell’elio-4.


Ramo PP I
3He +3He → 4He + 1H + 1H

Nella terza fase del ramo denominato PP I due atomi di elio-3 precedentemente formati si fondono generando un atomo di elio-4, due atomi di idrogeni e ovviamente energia. I due atomi di idrogeno rilasciati si renderanno disponibili per un nuovo ciclo di fusione. Il ramo PP I avviene solo ed esclusivamente nei nuclei stellari che presentano temperature comprese tra i 10 e i 14 milioni di gradi Kelvin. Nell’immagine qui sotto possiamo focalizzare meglio i concetti sinora esposti:

Esempio