Re: Chi mi sa dire perché fra gli isotopi dell'idrogeno, il prozio è più diffuso del deuterio?

From: SteD <stefano.davini_at_gmail.com>
Date: Fri, 17 Feb 2017 10:18:53 -0800 (PST)

Il giorno venerdì 17 febbraio 2017 17:36:02 UTC+1, Elio Fabri ha scritto:
> Fractal ha scritto:
> > Perdonate la banalità della domanda ma non capisco per quale motivo
> > il prozio, che presenta un difetto di massa inferiore - rispetto al
> > deuterio ad esempio - sia più diffuso del deuterio,
>
> Purtroppo più che vaghe congetture non so fare...
> Una ricerca su wikipedia non mi ha detto niente.
> Ci sarà qualcuno che ne sa di più?
> Qualcosa di grossolano che mi sta sfuggendo?
>

Aggiungo qualche considerazione sui possibili meccanismi di produzione e distruzione di deuterio.

Iniziamo dalle stelle, che sono le fucine nelle quali si formano i nuclei più complessi.
Nelle stelle non ci sono praticamente neutroni liberi.

Il deuterio viene prodotto dalla reazione "pp", una reazione nucleare debole nella quale due protoni si fondono in deuterio, con l'emissione di un positrone e un neutrino elettronico:
p + p -> d + e^+ + nu_e

Questa è una reazione nucleare debole: un protone si è trasformato in un neutrone (o a livello di quark, un quark up si è trasformato in un quark down) e viene emesso un positrone e un neutrino.

La reazione è esotermica, il guadagno in energia cinetica degli stati finali è 1.44 MeV, e la reazione può avvenire a temperature e densità sufficientemente alte, come quelle del nucleo di una stella.
Questa reazione nucleare *debole* è il collo di bottiglia

Il deuterio nelle stelle interagisce mediante la reazione nucleare forte che porta all'elio-3:
p + d -> 3He + gamma
Questa è una reazione nucleare *forte*, pertanto le sezioni d'urto sono ordini e ordini di grandezza maggiori della rezione debole "pp".


In pratica, il deuterio viene prodotto "con molti tentativi", con una reazione debole che costituisce il collo di bottiglia. Appena è prodotto, il deuterio interagisce subito mediante una reazione forte, che avvenire appunto "con pochissimi tentativi". In altre parole, il deuterio è distrutto all'interno delle stelle più velocemente di quanto sia creato.

In conclusione, le stelle non producono deuterio in abbondanza.



Nota che tutti i termini tra virgolette ovviamente possono essere quantificati e acquistare un significato, o con le sezioni d'urto, o con tempi medi affinchè la reazione avvenga ( [n*<sigma*v>]^-1 il reciproco del prodotto tra la densità numerica di nuclei interagenti, moltiplicata per la sezione d'urto moltiplicata per la velocità, mediata sulla distribuzione di velocità).

Vediamo invece cosa succede sulla Terra.
Sulla Terra il deuterio può essere prodotto nella reazione nucleare forte n + p -> d + gamma.
I neutroni nella terra possono essere prodotti in vari modi: tramite interazione di raggi cosmici, fissione spontanea, reazioni "alpha-n" ...

La quantità di neutroni prodotti e la rilevanza dei vari metodi ovviamente cambia: i raggi cosmici saranno più rilevanti in atmosfera che nel sottosuolo, e vicevera la fissione spontanea o i processi "alpha-n" sono rilevanti nel sottosuolo e meno in alta atmosfera.
Possiamo immaginare che in neutroni prodotti possano essere termalizzati e interagire con i protoni per fermare il deuterio.


Però può avvenire anche il processo opposto: raggi gamma di energia superiore a 2.2 MeV (come quelli emessi dal decadimento del tallio-208 o del bismuto-214 onnipresenti nella radioattività naturale) possono "fotodisintegrare" il deutero.
Oppure gli stessi raggi cosmici possono "spaccare" il deuterio.


I calcoli qui sono complessi, ma da quello che ho letto, i processi di sulla Terra non sono rilevanti nel cambiare il rapporto isotopico tra protoni e deuterio.


E quindi da dove viene il grosso del deuterio che si trova in nubi di gas intergalattico e nell'atmosfera dei pianeti? Probabilmente dalla nucleosintesi primordiali degli elementi, avvenuta nei primi minuti dopo il Big Bang.
Received on Fri Feb 17 2017 - 19:18:53 CET