c11:neutronizzazione_lenta
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Linea 1: | Linea 1: | ||
+ | ====== 11.2 Processi di neutronizzazione lenta (S) ====== | ||
+ | |||
+ | <WRAP justify> | ||
+ | Le temperature di fotodisintegrazione del Fe sono le massime | ||
+ | raggiungibili all' | ||
+ | del picco del Fe sono di conseguenza i più complessi prodotti | ||
+ | delle reazioni termonucleari. I nuclei oltre il Fe possono quindi | ||
+ | ben difficilmente essere prodotti da reazioni nucleari tra | ||
+ | particelle cariche, che richiederebbero temperature ancor maggiori | ||
+ | di quelle raggiungibili nelle stelle. Per rendere ragione della | ||
+ | presenza in natura di tali elementi e, nel contempo, per | ||
+ | rispettare i limiti di temperatura imposti dalle stelle dovremo | ||
+ | considerare reazioni nucleari non regolate dalla repulsione | ||
+ | colombiana, invocando quindi la presenza di neutroni. | ||
+ | \\ | ||
+ | \\ | ||
+ | {{: | ||
+ | \\ | ||
+ | **Fig. 11.3** Sezione d'urto per cattura neutronica | ||
+ | indunzione del numero atomico . E' evidente la forte diminuzione | ||
+ | in corrispondenza dei numeri magici. Si noti anche l' | ||
+ | pari-dispari. La sezione d'urto è in mb (1 b= 1 barn = | ||
+ | 10< | ||
+ | \\ | ||
+ | \\ | ||
+ | Vi sono peraltro in natura chiari indizi che supportano | ||
+ | l' | ||
+ | si può notare come la distribuzione degli | ||
+ | elementi " | ||
+ | caratteristiche ricorrenze, tra le quali la presenza dei picchi di | ||
+ | abbondanza contrassegnati dalla lettera " | ||
+ | corrispondono con precisione ai cosiddetti nuclei " | ||
+ | che in corrispondenza di determinati numeri " | ||
+ | protoni (N= 2, 8, 20, 28, 50, 82, 126) mostrano particolari doti | ||
+ | di stabilit\`a (--> A1.8). In un modello a shell del | ||
+ | nucleo a tali numeri corrisponderebbe il completamento di una | ||
+ | shell, e la stabilità dei corrisponedenti nuclei sarebbe | ||
+ | l' | ||
+ | Come mostrato in Fig. 11.3, quel che qui ci interessa | ||
+ | è che a tali nuclei corrisponde un brusca diminuzione della | ||
+ | sezione d'urto per cattura neutronica. La correlazione tra | ||
+ | abbondanze in natura e sezioni d'urto per cattura neutronica rende | ||
+ | plausibile la supposta efficienza di tali processi e, come | ||
+ | vedremo, renderà ragione della anomale abbondanze dei picchi " | ||
+ | |||
+ | Il [[wp.it> | ||
+ | protone (più < | ||
+ | minuti(--> | ||
+ | efficiente dobbiamo quindi richiedere non solo una sorgente di | ||
+ | neutroni, ma anche che tale sorgente sia immersa in materia | ||
+ | sufficientemente densa perchè i neutroni possano interagire | ||
+ | prima di decadere. Tali condizioni sono spontaneamente realizzate | ||
+ | ancora all' | ||
+ | combustione di elio diventa efficiente la produzione dei neutroni | ||
+ | tramite la catena dell' < | ||
+ | spontaneamente come luoghi in cui, a fianco delle reazioni | ||
+ | termonucleari, | ||
+ | neitronica che, pur non contribuendo all' | ||
+ | pssono portare un contributo sostanziale alla nucleosintesi degli | ||
+ | elementi pesanti. | ||
+ | |||
+ | Poichè la considerazione o meno di tali processi non influisce | ||
+ | sull' | ||
+ | dei processi stessi viene sovente eseguita sulla base di una | ||
+ | sequenza di strutture evolutive opportunamente memorizzzate. Se ne | ||
+ | ricava l' | ||
+ | < | ||
+ | elementi pesanti (//Nuclei " | ||
+ | una serie di tali catture neutroniche si spostano progressivamente | ||
+ | lungo la valle di stabilità (--> ....) andando a | ||
+ | formare gli elementi oltre il Ferro. | ||
+ | \\ | ||
+ | \\ | ||
+ | {{: | ||
+ | \\ | ||
+ | ** Fig. 11.4** Esemplificazione della tipica traiettoria | ||
+ | dei processi S nel piano N (numero di neutroni) Z (numero di | ||
+ | protoni). Le " | ||
+ | schermano i nuclei della stessa dal contributo dei processi r. I | ||
+ | nuclei possono cosi essere distinti in r-puri (' | ||
+ | do origine mista (' | ||
+ | \\ | ||
+ | \\ | ||
+ | Nel caso della combustione dell'H avevamo già visto come una | ||
+ | serie di catture protoniche su nuclei stabili finisca | ||
+ | inevitabilmente col produrre elementi instabili per eccesso di | ||
+ | protoni, nuclei che vengono richiamati sulla valle di stabilità da | ||
+ | decadimenti < | ||
+ | finisce inevitabilmente col produrre elementi instabili per | ||
+ | eccesso di neutroni, che vengono richiamati sulla valle di | ||
+ | stabilità da decadimenti < | ||
+ | prodotti su tempi scala termonucleari, | ||
+ | contenuto e si può assumere che il processo sia " | ||
+ | (S = Slow) nel senso che il tempo tra due successive catture | ||
+ | neutroniche sia in ogni caso maggiore dei tempi di decadimento | ||
+ | degli elementi instabili < | ||
+ | instabili abbiano il tempo di decadere prima di catturare un | ||
+ | ulteriore neutrone. | ||
+ | |||
+ | Nel piano N,Z ne segue la caratteristica traiettoria illustrata in | ||
+ | Fig. 11.4, tramite la quale i nuclei seme vengono | ||
+ | spinti lungo la valle di stabilità a numeri atomici A sempre | ||
+ | più alti. Notiamo peraltro subito | ||
+ | può raggiungere i nuclei stabili (le //isole//) separati, | ||
+ | a destra come a sinistra, | ||
+ | nuclei sono presenti in natura, per essi dunque dovremo | ||
+ | investigare diversi meccanismi di produzione. | ||
+ | |||
+ | |||
+ | Per ciò che riguarda i processi S, motiamo che ogni nucleo lumgo | ||
+ | la traiettoria si presenta come elemento " | ||
+ | che ogni nucleo risulta prodotto da una cattura neutronica e | ||
+ | distrutto dalla successiva cattura. Se n è il numero di neutroni | ||
+ | nell' | ||
+ | scrivere per il generico nucleo di numero atomico A nell' | ||
+ | di tempo | ||
+ | \\ | ||
+ | \\ | ||
+ | <tex> | ||
+ | $$ Produzione: \ \ \ dN_A = nN_{A-1}\sigma_{A-1}V$$ | ||
+ | </ | ||
+ | \\ | ||
+ | \\ | ||
+ | <tex> | ||
+ | $$ Distruzione: | ||
+ | </ | ||
+ | \\ | ||
+ | \\ | ||
+ | e, come ogni elemento secondario, il nucleo deve evolvere verso | ||
+ | una situazione di equilibrio nella quale in totale dN$_A$=0 e | ||
+ | quindi | ||
+ | \\ | ||
+ | \\ | ||
+ | <tex> | ||
+ | $$N_{A-1}\sigma_{A-1}=N_{A}\sigma_{A} \ \ {\rm o \ anche, \ per \ ogni \ A} \ \ \ N_A \sigma_A = cost $$ | ||
+ | </ | ||
+ | \\ | ||
+ | \\ | ||
+ | Si vede subito come ad una sezione d'urto di cattura neutronica | ||
+ | < | ||
+ | nuclei magici, debba corrispondere una abbondanza < | ||
+ | peculiarmente elevata, dando ragione dei picchi S osservati in | ||
+ | natura. Al limite, a sezioni d'urto nulle corrisponde una | ||
+ | indefinita crescita di abbondanza del nucleo A. | ||
+ | |||
+ | Notiamo infine come, a fianco della catena dell'< | ||
+ | molto minor contributo proveniente da reazioni più avanzate, | ||
+ | quali | ||
+ | \\ | ||
+ | \\ | ||
+ | <tex> | ||
+ | $$^{16}O + ^{16}O \rightarrow ^{31}S + n$$ | ||
+ | </ | ||
+ | \\ | ||
+ | \\ | ||
+ | siano state suggerite anche altre possibili fonti di neutroni. In | ||
+ | particolare, | ||
+ | combustione di He con strati ancora ricchi di idrogeno, i protoni | ||
+ | si combineranno con il Carbonio, come avviene nel ciclo CNO | ||
+ | \\ | ||
+ | \\ | ||
+ | <tex> | ||
+ | $$ ^{12}C + p \rightarrow ^{13}N + \gamma$$ | ||
+ | </ | ||
+ | \\ | ||
+ | \\ | ||
+ | <tex> | ||
+ | $$ ^{13}N \rightarrow ^{13}C + e^+ + \nu $$ | ||
+ | </ | ||
+ | \\ | ||
+ | \\ | ||
+ | Una successiva cattura protonica è però inibita dalla | ||
+ | scarsità di protoni, e segit\`a invece | ||
+ | \\ | ||
+ | \\ | ||
+ | <tex> | ||
+ | $$^{13}C + \alpha \rightarrow (^{17}O)^* \rightarrow ^{16}O + n$$ | ||
+ | </ | ||
+ | \\ | ||
+ | \\ | ||
+ | che potrebbe risultare una notevolissima fonte di neutroni da | ||
+ | affiancare a quelli prodotti dalla catena dell'< | ||
+ | </ | ||
c11/neutronizzazione_lenta.txt · Ultima modifica: 05/06/2023 10:50 da marco