Reazioni nucleari e reazioni termonucleari nelle stelle

Le reazioni nucleari

In una reazione chimica (avviene in laboratorio) si rompono i legami che tengono uniti gli elementi, e se ne formano degli altri. In essa
- la massa dei reagenti e’ uguale a quella dei prodotti
- il numero di atomi che sta a destra e’ uguale al numero di atomi che sta a sinistra.
In una reazione nucleare (fissione uranio 235) che avviene nel sole o nel reattore nucleare, la materia si trasforma perché la massa si trasforma in energia,quandi la massa dei reagenti sara’ maggiore di quella dei prodotti.
Un atomo è stabile quando il numero di neutroni e protoni è basso. Il suo nucleo rimane invariato.
Un atomo è instabile quando z > 84 e il numero di neutroni è maggiore di quello dei protoni.
Così avvengono delle modificazioni nel nucleo,il decadimento, e si verifica l’emissione di particelle:

- particelle alfa: che sono nuclei positivi di elio (bloccate dal foglio di carta) emette radiazioni che possono causare mutazioni
- // beta: elettroni negativi veloci (bloccate da alluminio)
- // gamma: radiazioni elettromagnetiche. (inalterate,assorbite dal piombo) emette radiazioni che possono causare mutazioni
fissione (uranio 235)
l’uranio è un isotopo, z=92,è instabile va bombardato con un neutrone e si trasforma in: bario cripto e 3 neutroni . Avviene una reazione a catena e si verifica la perdita di massa. Si usa il reattore nucleare (delle barrette attirano neutroni liberando piccole quantità di energia, produce scorie che non riusciamo a smaltire)
decadimento alfa: avviene negli atomi instabili (che hanno cioè massa elevata e z maggiore di 84) che perdono particelle ed emettono radiazioni alfa. Zeta diminuisce di 2 e la massa di 4 per l’emissione di un atomo di elio 4 (z=2 massa 4)
decadimento beta positivo: avviene quando nei nuclei ci sono molti neutroni. Un neutrone si disintegra in protone elettrone e antineutrino (molto più piccolo del neutrone) emette particelle beta che sono rappresentate da elettroni molto veloci.
Esempio: il trizio diventa elio3
emissione beta+
(antielettrone) fosforo diventa silicio
(numero di massa è uguale,ma z diminuisce di un unità)

Reazioni termonucleari nelle stelle

nelle stelle c’è equilibrio, esse hanno un ciclo.
Nascono da globuli di bok, subiscono un evoluzione e poi muoiono.
Cosa succede quando l’idrogeno si è consumato?
H si trasforma in elio. Quando si consuma diminuisce la forza di gravità e la stella tende ad ingrandirsi, fino a quando diventa gigante. Poi inizia a contrarsi, si spegne e collassa.

Il sole è una stella di seconda generazione perché si è formata da materiale proveniente da altre stelle.
Il risultato delle reazioni di fusione nelle stelle è la consumazione di h presente nel nocciolo con la produzione di nuclei di elio.
Nelle stelle in cui la temperatura del nocciolo non supera i 15 milioni di kelvin si produce elio mediante il processo detto ciclo protone protone.
Nelle stelle in cui la temperatura del nocciolo supera i 20 milioni di kelvin avviene il ciclo carbonio azoto ossigeno.
Fusione
reazione nucleare che avviene nel sole. Nel nocciolo del sole ci sono temperature altissime (15 milioni di kelvin)
stato di plasma: nuclei atomici sono separati da elettroni (sulla terra non è possibile)
circa 564 milioni di tonnellate di h si trasformano in 560 milioni di tonnellate di elio
ciclo protone protone
(fusione: si parte da 4 atomi di prozio che si trasformano in elio 4 + 5 positroni + 2 neutroni + raggi gamma.)
prima fase:
- due atomi di prozio si uniscono producendo deuterio.
- si libera energia e un protone si trasforma in neutrone con l’espulsione di un elettrone positivo e un neutrino. Vengono prodotti fotoni.
- il deuterio si fonde con un protone formando elio 3 (due protoni e un neutrone). Si libera energia sotto forma di raggi gamma
seconda fase:
- due nuclei di elio 3 si uniscono formando elio 4
- si ottengono anche 2 protoni, da utilizzare per un nuovo ciclo.
Ciclo carbonio azoto ossigeno
un nucleo di idrogeno penetra in un nucleo di carbonio e si forma il nucleo dell azoto,che essendo instabile va incontro a trasformazioni in cui vengono assorbiti altri 3 protoni.
Quando il ciclo finisce viene rigenerato un nucleo di carbonio uguale a quello di partenza e viene espulso un nucleo di elio 4.Quindi dall’assorbimento di 4 protoni si forma un nucleo di elio4,2 elettroni positivi e energia sottoforma di raggi gamma.
(elio 4 + prozio = carbonio –azoto—ossigeno—azoto—si unisce all’elio e mi da—carbonio)