Che cos'è la nucleosintesi? Riassunto di geochimica

Che cosa è la nucleosintesi

Nucleosintesi = la nucleosintesi è un insieme di processi continuamente in atto che trasformano combustibile iniziale (H) in nuclei più grandi. Avviene all’interno di corpi stellari dove sussistono i processi necessari per tali reazioni nucleari.
Inizialmente, l’universo era costellato di nubi di idrogeno (H); tale massa d’H, nel tempo, continua a collassare (fenomeno dovuto all’aumento della temperatura e della tendenza ad espandersi per via dell’energia cinetica rilasciata dal Big-Bang) e la materia si concentra sempre di più riducendo le sue dimensioni (aumentando densità e temperatura).
Per effetto del collasso gravitazionale (compressione di un corpo massiccio soggetto alla sua stessa forza di gravità), la temperatura raggiunge milioni di °K. A temperature dell’ordine di 10.000.000 °K in tale massa d’H, dato che gli atomi si sono avvicinati notevolmente, si innesca un processo di fusione nucleare:

Hydrogen burning:
1H + 1H 2D + e* + v
1H = protone
2D = deuterio
e* = β positiva (porta via la carica di uno dei due protoni)
v = neutrino

con il proseguire delle interazione tra protoni, avverrà anche interazione tra deuterio e H, quindi:

2D + 1H 3He + γ γ = radiazioni gamma

generando He poco stabili; con il proseguire del processo

3He + 3He 4He + 2(1H)

dove viene generato He stabile e vengono liberati due protoni. Il processo continua …
La nebula passa dunque a “stella”, e d’ora in avanti inizierà ad aumentare la sua temperatura.
Quando T = 100.000.000 °K, i nuclei si muovono uno rispetto all’altro con velocità sempre maggiori. Le cariche positive non riescono più a respingersi ed avviene un nuovo processo in cui collidono nuclei di He:


Helium Burning:
α + α 8Be α = nucleo di elio

Ogni nuova reazione produce nuova energia e, di conseguenza, aumenta la temperatura.

8Be + α 12C + γ12C + α 16O + γ

Questo processo è detto “processo di addizione dell’elio”, ed i nuclei continuano ad ingrandirsi sempre di più. Con tale meccanismo si arrivano a produrre i primi 20 elementi della tavola periodica.
Quando si arriva a temperature elevatissime (che sfiorano il miliardo di °K) si hanno i cosiddetti “
processi all’equilibrio”, processi nei quali i nuclei tendono a ristrutturarsi spontaneamente (per via delle elevatissime temperature) raggiungendo forme sempre più stabili.
In questa fase si producono nuclei più pesanti e si stabilizza il nucleo del “Fe” ed altri “
elementi di transizione della tavola periodica”.

Ora ci sono due possibilità. O la stella inizia a collassare (quando le forze termiche superano quelle gravitazionali) e non produce più elementi, oppure diventa una “super nova” (quando la massa è circa 7 volte quella del sole) da dove si formano elementi come l’uranio, questo perché la velocità di cattura dei nuclei che circolano nella stella è talmente elevata che si creano nuclei molto grandi detti “nuclei instabili” (detti instabili a causa delle dimensioni). Fase detta:
Neutron and proton capture reactions
Con l’espansione (dopo l’esplosione) avviene il raffreddamento e le fusioni nucleari si bloccano. Quando succede questo, il materiale della stella si condensa (passando da una condizione di gas ad una condizione di solido) e si espande; poi ricominciano a collassare, ma adesso non è più presente solo H.
Quindi, questa “
nebulosa secondaria” ha tutte le caratteristiche della prima, ma con più elementi. Quando questa si ricontrae, si ritorna al meccanismo iniziale e si forma un’altra stella, ma questa volta più piccola (stella secondaria, ad esempio il Sole). Il resto del materiale che rimane intorno al nucleo centrale va a costruire un sistema planetario (infatti la Terra contiene Uranio perché lo ha preso dalla stella collassata).

Nucleosintesi nelle stelle riassunto

Come già sappiamo, la Terra ruota attorno al proprio asse per “conservazione del momento angolare”, e la medesima cosa fa la nebula. Questa rotazione le permette di mantenere la forma della stella, evitandone il collasso.
Dal centro, il Sole spinge componenti volatili (cioè ad elevata tensione di vapore) verso l’esterno e tiene vicini al centro quelli meno volatili. Per “accrezione fredda”, elementi di piccole dimensioni si aggregano ad un planetesimo (che li attira a se per forza gravitazionale) aumentandone le dimensioni, e di conseguenza anche il campo gravitazionale (continuando così ad accumulare materiale). Il materiale volatile (H₂0, metano, ammoniaca, CO₂) spinto all’esterno porta alla formazione di comete e di pianeti come Giove, Saturno, Nettuno ed Urano; al contrario, i pianeti più interni si arricchiscono di materiale non volatile perché non hanno un campo gravitazionale sufficientemente forte. Questo processo è detto “Blow off

Nucleosintesi spiegazione stelle

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