Fusione Nucleare

La combinazione di piccoli nuclei, come l'idrogeno, per produrre quelli più grandi, come l'elio, è detta fusione nucleare. Poiché i nuclei devono superare la repulsione elettrostatica, le reazioni di fusione richiedono temperature di 40 milioni di kelvin o più, e pertanto sono note come reazioni termonucleari. I nuclei con un numero di massa compreso fra 40 e 100 hanno energie di legame elevate per nucleone e sono generalmente stabili.

Dunque, i nuclei più leggeri con basse energie di legame nucleare per nucleone tendono a combinarsi, producendo nuclei più pesanti, con energie di legame più elevate. La differenza fra le energie di legame nucleare del prodotto e dei nuclidi reagenti genera un'enorme quantità di energia. In particolare, l'energia rilasciata durante la formazione di un grammo di elio-4 è significativamente maggiore di quella della fissione di un grammo di uranio-235.

Quindi la fusione viene usata per produrre elettricità? Beh, non ancora! Alle alte temperature richieste per la fusione, tutte le molecole si dissociano in atomi, che ionizzano, formando un plasma.

Per tali reazioni, un forte campo magnetico a forma di toro funge da reattore. Tuttavia, il suo uso efficiente è ancora una sfida tecnica. In effetti, la fusione dell'idrogeno con l'elio è uno dei processi fondamentali di combustione dell'idrogeno nelle stelle principali, come il sole.

Una volta che le stelle iniziano la fusione dell'elio, due nuclei di elio si combinano nel berillio-8. A differenza dell'elio-4, il berillio-8 è altamente instabile, il che lo rende una reazione di fusione endotermica e facilmente reversibile. Come la fusione dell'elio accelera, il berillio-8 diventa più abbondante e si fonde con l'elio-4, producendo carbonio-12 allo stato eccitato, che occasionalmente si rilassa in carbonio-12 stabile.

Nelle stelle massicce, una catena di reazioni di fusione iniziate dalla combinazione di carbonio-12 ed elio-4 produce una sequenza di elementi fino al magnesio-24. Poiché ulteriori reazioni di fusione creano nuclidi più pesanti, la diminuzione della differenza nelle energie di legame fra reagenti e prodotti risulta in una minore produzione di energia da queste reazioni. La sequenza termina con il nichel-56, che ha una delle più alte energie di legame per nucleone.

Gli elementi più pesanti sono prodotti invece da più eventi di cattura di neutroni o protoni, appena prima e durante le esplosioni uniche di stelle o supernove.