Reazioni termonucleari nelle stelle

aledelis
di aledelis
3 min
Sapiens Sapiens
Vota 5/5
Appunto verificato
Contenuto verificato e approvato dal  Team di Esperti di Skuola.net Informazioni appunto verificato Informazioni appunto verificato hover

Le reazioni termonucleari nelle stelle, come la fusione dell'idrogeno in elio, sono cruciali per l'energia stellare e l'evoluzione cosmica. Questi processi avvengono a temperature estreme, dando vita a cicli distinti come il protone-protone e il carbonio-azoto.

Concetti Chiave

  • L'idrogeno, grazie alla sua semplice struttura atomica, è il principale elemento coinvolto nelle reazioni termonucleari nelle stelle.
  • La fusione nucleare nelle stelle avviene a temperature estremamente elevate, permettendo ai nuclei di idrogeno di superare la repulsione elettrostatica e fondersi in elio.
  • Nel ciclo "protone-protone", due protoni si uniscono per formare deuterio, che successivamente produce elio-3 e, a temperature appropriate, elio-4.
  • Le stelle massicce seguono il ciclo "carbonio-azoto", partendo da carbonio-12 e generando elio-4 insieme a positroni e neutrini.
  • Le giganti rosse, prive di idrogeno, producono elementi più pesanti dall'elio, come carbonio e ossigeno, fino a raggiungere il ferro, oltre il quale non è possibile proseguire nella fusione.

REAZIONI TERMONUCLEARI

L’idrogeno è l’atomo più piccolo e rintracciabile facilmente nell’universo proprio per la sua semplice composizione fatta da un elettrone un protone e un neutrone(1 orbitale). La reazione termonucleare che avviene nelle stelle a causa dell’elevatissima temperatura fa si che 4 nuclei di idrogeno si fondano per formarne uno di Elio. Com’è possibile ciò? Questo perché l’alta temperatura del nucelo fa si che l’energia cinetica delle particelle è così elevata che gli elettroni si dissociano dai protoni facendo si che la materia si trovi allo stato di plasma in cui a causa sempre dell’elevata temperatura i nuclei di idrogeno riescono a combattere addirittura la forza secondo cui le cariche dello stesso segno si respingono fondendosi. Questa fusione produce una piccola parte di energia e la formazione di nuove particelle. Col diagramma HR gli astrofisici distinguono 3 casi :

    - lungo la sequenza principale troviamo stelle con massa più o meno simile a quella del sole con una temperatura che va dai 7 milioni di gradi Kelvin ai 10 milioni di gradi Kelvin. In questo caso abbiamo il ciclo “protone-protone” ossia inizia tutto con 2 protoni che si trasformano in un nucleo di Deuterio [isotopo dell’idrogeno] ossia in un protone e un neutrone che deriva dall’altro protone per perdita di un positrone
    [math]e^+[/math]
    (massa uguale all’elettrone ma positivo) e neutrini
    [math]\nu[/math]
    (particelle prive di massa e carica):

    [math]^1 H+\ ^1 H=\ ^2 H+e^+ +\nu[/math]
    .

    Il nucleo di deuterio poi si fonde con un altro protone per fare un nucleo di Elio-3 e raggi

    [math]\gamma[/math]
    :

    [math]^2 H+\ ^1 H =\ ^3 He+\gamma[/math]

    Questi poi a loro volta se la temperatura è inferiore ai 3 milioni di gradi Kelvin si trasformano nell’isotopo Elio-4 liberando due protoni per poi riprendere il ciclo, se invece è superiore seguono un ciclo più complesso con la formazione di nuclei di berillio e litio:

    [math]^3 He +\ ^3 He=\ ^4 He+\ ^1 H+\ ^1 H[/math]

    - Le stelle della sequenza principale che hanno massa superiore a quella de sole e quindi una temperatura superiore ai 15 milioni di gradi kelvin seguono il ciclo “carbonio-azoto” grazie al quale si parte da un nucleo di carbonio-12 e per aggiunta di 4 protoni si producono un nucleo di Elio-4, positroni,neutrini e raggi

    [math]\gamma[/math]
    .

    -Giganti rosse, ossia quelle stelle in cui non è più presente l’idrogeno il quale è stato trasformato completamente in elio. Dall’elio producono via via sempre elementi più pesanti quanto maggiore è la massa della stella. Prima si passa al Carbonio, poi ossigeno e neon più raggi

    [math]\gamma[/math]
    , e via via gli altri elementi fino a fermarsi con il Ferro. Oltre al ferro non è possibile andare perché l’energia consumata per produrre il ferro è superiore a quella prodotta dalle precedenti reazioni
Studia con la mappa concettuale

Domande da interrogazione

  1. Qual è il processo di fusione nucleare che avviene nelle stelle?

    2. Nelle stelle, a causa dell'elevata temperatura, 4 nuclei di idrogeno si fondono per formare un nucleo di Elio, grazie alla dissociazione degli elettroni dai protoni e alla formazione di plasma, che permette la fusione nonostante la repulsione tra cariche simili.

  2. Come avviene il ciclo "protone-protone" nelle stelle simili al Sole?

    3. Nel ciclo "protone-protone", due protoni si trasformano in un nucleo di Deuterio, che poi si fonde con un altro protone per formare Elio-3, liberando energia e particelle come positroni e neutrini, continuando il ciclo fino a formare Elio-4.

  3. Qual è il ciclo di fusione nucleare per le stelle più massicce?

    4. Le stelle con massa superiore a quella del Sole seguono il ciclo "carbonio-azoto", partendo da un nucleo di carbonio-12 e aggiungendo protoni per produrre Elio-4, positroni, neutrini e raggi gamma.

  4. Cosa accade nelle giganti rosse riguardo alla fusione nucleare?

    5. Nelle giganti rosse, l'idrogeno è completamente trasformato in elio, e da quest'ultimo si producono elementi sempre più pesanti, come carbonio, ossigeno e neon, fino al ferro, poiché oltre il ferro l'energia richiesta per la fusione supera quella prodotta.

Appunti correlati

Domande e risposte

Hai bisogno di aiuto?
Chiedi alla community
Vai al forum