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c04:fusione_particelle_cariche

4.5 Traiettorie evolutive per fusione di particelle cariche

Esaminando in generale le proprietà dei nuclei è possibile porre in luce quanto di non occasionale vi è nel tipo di reazioni nucleari che abbiamo incontrato discutendo la catena pp e che incontreremo illustrando le altre combustioni. Come già richiamato nel primo capitolo ($\rightarrow$ A1.8), un generico nucleo resta caratterizzato dal numero Z di protoni e N di neutroni che lo compongono, ed è possibile mappare nel piano Z,N la sequenza di nuclei stabili esistenti in natura (Fig. 4.5). In tale piano, per i nuclei più semplici, sino a circa Z=20, i nuclei stabili appaiono caratterizzati da un numero simile di protoni e neutroni ($Z\sim N$) mentre a Z maggiori si manifesta un progressivo eccesso di neutroni (Fig. 1. 22). Le regioni esterne alla sequenza di stabilità sono occupate da nuclei instabili che decadono verso la loro configurazione stabile trasformando protoni in neutroni, o viceversa, attraverso decadimenti $\beta^+$ o $\beta^-$, rispettivamente.

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Fig. 4.5 La sequenza dei nuclei stabili è contornata da nuclei instabili che con decadimenti $\beta^+$ o $\beta^-$ si portano nella configurazione di equilibrio, cui corrisponde un massimo dell'energia di legame

Come mostrato in Figura 4.6, non sorprende trovare che per ogni prefissato numero di nucleoni A=Z+N la configurazione stabile mostra la maggiore energia di legame (la minore massa) tra tutti gli altri possibili isobari. Si comprende così come i decadimenti $\beta$ rappresentino il canale di trasformazione che consente ai nuclei di portarsi nel loro minimo di energia con l'emissione di elettroni negativi o positivi. Risulta anche comprensibile l'evidenza sperimentale secondo la quale l'instabilità appare tanto maggiore (i tempi di decadimento tanto minori) quanto più i nuclei si allontanano da quella che viene talora definita la loro valle di stabilità.

In tale scenario, si comprende come nella catena pp, agglutinando successivamente protoni, si producano nuclei con eccesso di tali particelle, instabili dunque per decadimento $\beta^+$. Più in generale, quando la fusione di particelle leggere porta a configurazioni distanti dalla valle di stabilità, il nucleo composto prodotto nella reazione decadrà nel suo stato fondamentale con l'emissione di un quanto $\gamma$ di energia. Se la configurazione del nucleo composto è all'esterno della valle, ciò avverrà inevitabilmente per un eccesso di protoni e un decadimento $\beta^+$ si incaricherà di riportare il nucleo nella sua configurazione stabile.

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Fig. 4.6 Andamento schematico della massa di nuclei con eguale numero di nucleoni (numero atomico A=Z+N) al variare del numero di protoni Z e neutroni N. Il nucleo stabile realizza la massima energia di legame (massa minima). I nuclei instabili si portano nello stato di massimo legame tramite decadimenti $\beta^-$ [(Z,N)$\rightarrow$ (Z+1, N-1) + e$^-$ + $\overline \nu$ ] o $\beta^+$ [(Z,N)$\rightarrow$ (Z-1, N+1) + e$^+$ + $\nu$ ] liberandosi così rispettivamente dell'eccesso di neutroni o di protoni.

E' così possibile leggere la maggior parte delle reazioni che abbiamo incontrato nella catena pp e che incontreremo nel seguito in tale semplice chiave topologica, chiarendo l'alternanza di processi $\gamma$ e $\beta^+$ che in genere contraddistinguono le varie catene di combustione tra particelle cariche.



c04/fusione_particelle_cariche.txt · Ultima modifica: 02/11/2017 12:29 da marco