Catena protone-protone
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La catena protone-protone è un processo nucleare che trasforma idrogeno (protoni) in nuclei di elio. È la sorgente di energia principale per la maggior parte delle stelle dell'universo, compreso il Sole nel quale questa catena è il processo predominante. Un altro processo che porta alla formazione di elio partendo da idrogeno è il ciclo CNO.
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[modifica] Catena delle reazioni
Nel primo passaggio due nuclei di idrogeno 1H (protoni) per formare deuterio 2H, rilasciando un positrone poiché un protone è diventato un neutrone, un neutrino e un positrone (decadimento β+).
con il neutrino che porta un'energia da 0 a 0.42 MeV.
Questo primo passaggio è estremamente lento, perché è un interazione debole che converte un protone in un neutrone. Questo è il collo di bottiglia di tutta la catena, il protone deve aspettare circa 109 anni prima di fondersi in deuterio.
Il positrone si annichila immediatamente con un elettrone, e le loro energie di massa sono trasformate in due raggi gamma.
- e+ + e− → 2γ + 1.02 MeV
Dopo la produzione di deuterio nel primo passaggio esso si può fondere con un altro idrogeno per produrre un isotopo leggero dell'elio. 3He:
- 2H + 1H → 3He + γ + 5.49 MeV
Da qui tre differenti rami portano alla formazione dell'isotopo dell'elio 4He. In pp1 l'elio-4 viene dalla fusione di due nuclei di elio-3; gli altri rami, pp2 e pp3 richiedono elio-4 prodotto nel pp1, entrambe presentano differenti percorsi che il Berilio-7 può seguire. Nel Sole, il ramo pp1 ha una frequenza del 91%, pp2 9% e pp3 0.1%.
[modifica] Ramo pp I
- 3He +3He → 4He + 1H + 1H + 12.86 MeV
Il completamento della catena pp I rilascia un'energia netta di 26.7 MeV. Il ramo pp I è dominante a temperatura tra 10 e 14 MK. Sotto i 10 MK, la catena pp non produce più 4He.
[modifica] Ramo pp II
| 3He + 4He | → | 7Be + γ | |
| 7Be + e− | → | 7Li + νe | |
| 7Li + 1H | → | 4He + 4He |
Il ramo pp II è dominante a temperature tra 14 e 23 MK.
Il 90% dei neutrini prodotti nella reazione 7Be(e−,νe)7Li* portano un'energia di 0.861 MeV, mentre il rimanente 10% un'energia di 0.383 MeV (dipende dal fatto che il litio-7 sia in uno stato eccitato o meno).
[modifica] Ramo pp III
| 3He + 4He | → | 7Be + γ | |
| 7Be + 1H | → | 8B + γ | |
| 8B | → | 8Be + e+ + νe | |
| 8Be | ↔ | 4He + 4He |
Il ramo pp III è dominante a temperature maggiori di 23 MK.
Il ramo pp III non è la maggiore sorgente di energia per il Sole (poiché la temperatura del nucleo non è abbastanza alta) ma è molto importante per il problema dei neutrini solari poiché genera i neutrini a più alta energia (≤14.06 MeV).
[modifica] Ramo pp IV o Hep
In questo caso l'elio-3 reagisce direttamente con un protone per dare elio-4
- 3He + 1H → 4He + νe + e+
[modifica] Energia rilasciata
Confrontando la massa dell'elio-4 finale con le masse dei quattro protoni si ottiene che lo 0.7% della massa originaria è persa. Questa massa è convertita in energia, sotto forma di raggi gamma e di neutrini rilasciati durante le reazioni individuali. L'energia totale che si ottiene da un ramo intero è di 26.73 MeV.
Solo l'energia rilasciata sotto forma di raggi gamma può interagire con gli elettroni e i protoni e scaldare l'interno del Sole. Questo riscaldamento fa sì che il Sole non collassi sotto il suo peso.
[modifica] Reazione pep
Il deuterio può anche essere prodotto tramite una reazione rara di cattura elettronica:
- 1H + e− + 1H → 2H + νe
Nel Sole, la frequenza della reazione pep è 1/400 della pp. Tuttavia i neutrini rilasciati sono molto più energetici: mentre i neutrini prodotti nel primo passaggio della pp vanno da 0 a a 0.42 MeV, i neutrini della pep producono una linea stretta a 1.44 MeV.
[modifica] Collegamenti esterni
- Fondamenti di Astrofisica Stellare, del Prof. Vittorio Castellani PDF dei capitoli scaricabile liberamente
