Reazioni di fusione
Le reazioni nucleari che permettono al sole d’avere tanto calore si possono riprodurre su piccola scala in un ciclotrone o in una macchina simile. In esso i nuclei di atomi leggeri sono accelerati in un campo elettrico ad altissime velocità. La loro energia si misura in MeV (unità di energia pari a un milione di elettronvolt). Questa è l’energia acquistata da un elettrone o da un protone — qualsiasi particella con una sola carica — quando vien fatto passare attraverso un campo elettrico di un milione di volt. Un fascio di tali particelle è spinto contro un bersaglio per provocare una reazione fra i nuclei del fascio e quelli del bersaglio.
La tavola qui a fianco mostra alcune delle reazioni di fusione che sono state studiate dai fisici nucleari in laboratorio. In ciascun caso, una delle particelle indicate prima della freccia è fissata su un bersaglio e l’altra la investe ad alta velocità. Per fare un esempio, nella prima reazione rappresentata, il nucleo di un atomo di idrogeno ne investe un altro, fondendosi con esso ed emettendo un elettrone positivo. C’è un difetto di massa, e quella mancante è trasformata in energia secondo la famosa equazione di Einstein: E = mc2. Pertanto, le particelle formatesi hanno più energia di quanta ne avevano quelle che si sono fuse. In tal caso l’energia ottenuta è di 2 milioni di elettronvolt.
Per fare un paragone, quando si brucia del carbone l’ossidazione di un atomo di carbonio produce solo 4 elettronvolt. Nelle reazioni nucleari abbiamo a che fare con energie milioni di volte superiori a quelle che si sviluppano nelle reazioni chimiche.
Si crede che le prime tre reazioni indicate nella tavola siano le principali che avvengono nel sole. In laboratorio può darsi sia più facile realizzare alcune delle altre reazioni. Noterete che nelle reazioni 3, 5 e 6, dove si produce elio-4, l’energia prodotta è molto maggiore. È il risultato dei legami molto stretti che si formano fra due protoni e due neutroni. L’elio (He4) è un elemento molto stabile.
[Diagramma a pagina 20]
(Per la corretta impaginazione, vedi l’edizione stampata)
H1 PROTONE
n1 NEUTRONE PARTICELLE COSTITUENTI DEL NUCLEO
H1 IDROGENO
H2 DEUTERIO ISOTOPI DELL’IDROGENO
H3 TRIZIO
He3
He4 ISOTOPI DELL’ELIO
ENERGIA PRODOTTA DA REAZIONI DI FUSIONE
Nel sole:
(1) H1 + H1 H2 + e+ 2.0 MeV
(2) H1 + H2 He3 5.5 MeV
(3) He3 + He3 He4 + H1 + H1 12.9 MeV
Altre reazioni:
(4) H2 + H2 He3 + n1 3.2 MeV
H3 + H1 4.0 MeV
(5) H2 + H3 He4 + n1 17.6 MeV
(6) H2 + He3 He4 + H1 18.3 MeV