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c04:il_ciclo_cno_veloce

A4.4. Il ciclo CNO veloce

I meccanismi di combustione dell'idrogeno tramite la catena pp o il ciclo CNO sono in genere valutati sotto l'implicita assunzione che la materia stellare sia a temperature tipiche delle fasi quiescenti di combustione, e quindi al più a poche decine di milioni di gradi. Sono queste infatti le temperature che consentono di norma di estrarre dalla fusione dell'idrogeno l'energia necessaria per sostenere una struttura stellare. E' da presumere però che in peculiari condizioni evolutive materia ancora ricca di idrogeno possa raggiungere temperature anche molto più alte. Tale è il caso, ad esempio, di stelle supermassicce o prive di metalli o ancora, con riguardo a fasi non quiescenti, di materia coinvolta nell'esplosione di una nova o di una supernova (nucleosintesi esplosiva)

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Fig. 4.14 Mappa degli elementi coinvolti nella combustione CNO veloce. Le linee a tratti indicano i decadimenti $\beta$.

Ad alte temperature ($T\ge 10^8 K$) il quadro di reazioni di combustione dell'idrogeno può risultare anche drasticamente modificato da due distinti ordini di accadimenti;

  1. Nella normale trattazione delle reazioni pp o CNO si è assunto che ove vengano prodotti nuclei $\beta$ instabili, questi abbiano il tempo di decadere spontaneamente prima di catturare un altro protone. Ciò può non essere più vero ad alte temperature,quando la velocità delle reazioni di cattura è grandemente accresciuta.
  2. Alle alte temperature considerate è contemporaneamente presente la cattura $\alpha$ che può entrare in concorrenza con reazioni di cattura protonica.


Le modifiche attese nella catena pp risultano marginali. Più rilevanti le modifiche attese nel ciclo CNO, dove la cattura $^{13}$N(p,$\gamma$)$^{14}$O può diventare concorrenziale al decadimento $^{13}$N(e$^+ \nu$)$^{13}$C, e dove reazioni quali $^{14}$O($\alpha$,p)$^{17}$F(p,$\gamma$)$^{18}$Ne o $^{15}$N($\alpha, \gamma$)$^{19}$F a T$\ge$ 5 10$^8$ K giocano un ruolo determinante.

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Fig. 4.15 Diagrammi di flusso per le reazioni del ciclo CNO veloce a varie temperature in miliardi di gradi (T9).

Il calcolo dettagliato dell'efficienza dei vari processi concorrenti può essere eseguito sulla base della conoscenza delle relative sezioni d'urto. La figura 4.14 riporta uno schema delle varie reazioni in grado di contribuire alla combustione veloce, mentre la figura 4.15 mostra i canali efficienti alle tre diverse temperature 108, 5 108 e 109 K.

A 108 K è ancora essenzialmente operante un ciclo CNO attraverso la serie di reazioni

$$ ^{12}C(p,\gamma)^{13}N(p,\gamma)^{14}O(e^+ \nu)^{14}N(p,\gamma)^{15}O (e^+ \nu)^{15}N(p,\alpha)^{12}C $$

mentre $^{20}$Ne viene trasformato in $^{22}$Ne. A 5 108 K il ciclo CNO si espande mentre diviene operante anche il ciclo

$$ ^{20}Ne(p,\gamma)^{21}Na(e^+ \nu)^{21}Ne(p,\gamma)^{22}Na(p,\gamma)^{23}Mg (e^+ \nu)^{23}N(p,\alpha)^{20}Ne $$

A 109 K le reazioni sono infine dominate da catture $\alpha$ che operano sugli elementi leggeri sino a trasformarli in Mg$^{24}$.


c04/il_ciclo_cno_veloce.txt · Ultima modifica: 03/11/2017 09:59 da marco