Processo tre alfa

Il processo tre alfa è il processo per cui tre nuclei di elio (particella alfa) sono trasformati in carbonio. Fa parte delle reazioni nucleari della nucleosintesi stellare.

Questa reazione di fusione nucleare può avvenire solo in ambienti che siano ricchi di elio, sottoposti a pressioni elevate e a temperature superiori a 100.000.000 gradi. Avviene solo quindi all'interno di stelle in stadio di evoluzione avanzato, dove l'elio prodotto dalla catena protone-protone e dal ciclo carbonio-azoto-ossigeno si è accumulato al centro della stella. Poiché l'elio inizialmente non produce energia, la stella collasserà finché la temperatura centrale non si alza fino al punto in cui inizia la fusione dell'idrogeno.

⁴He + ⁴He ↔ ⁸Be

⁸Be + ⁴He ↔ ¹²C + γ + 7.367 MeV

L'energia rilasciata dal processo è di 7,275 MeV.

Il ⁸Be prodotto nel primo passo è instabile, e decade in due nuclei di elio in 2,6×10^-6 secondi. Ma nelle condizioni che permettono la fusione dell'elio si forma una piccola abbondanza di ⁸Be in equilibrio. La cattura di un'altra particella alfa conduce quindi al ¹²C. Questa conversione di tre particelle alfa in ¹²C è chiamato il processo tre alfa.

Poiché il processo tre alfa è statisticamente improbabile, è necessario un lungo periodo di tempo per produrre il carbonio. Una conseguenza è che il carbonio non fu prodotto nel Big Bang, perché la temperatura scese rapidamente sotto quella necessaria per la fusione.

Ordinariamente, le probabilità di questa reazione sarebbero estremamente piccole. Ma il berillio-8 ha quasi la stessa energia di due particelle alfa. Nel secondo passo, ⁸Be + ⁴He ha quasi la stessa energia dello stato eccitato del ¹²C. Queste risonanze aumentano notevolmente la probabilità che una particella alfa incidente si combinerà col berillio-8 per formare un nucleo di carbonio.

Il fatto che l'esistenza del carbonio dipenda dai livelli energetici che si trovano esattamente nel posto giusto, è stata citata da Fred Hoyle come evidenza per il principio antropico.

Come conseguenza del processo, un nucleo di carbonio si può fondere con un altro nucleo di elio per produrre un isotopo stabile dell'ossigeno e rilasciare energia:

¹²C + ⁴He → ¹⁶O + γ

Il passo successivo della fusione, in cui l'ossigeno si combina con una particella alfa per formare il neon, è molto più difficle a causa delle regole nucleari di spin. Si crea quindi una situazioni in cui la nucleosintesi stellare produce grandi quantità di carbonio e ossigeno, ma solo una piccola frazione di questi elementi è convertita in neon e in elementi più pesanti. Hoyle ha citato anchwe questo fatto come evidenza per il principio antropico.

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