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Il nucleo è la
zona più interna del Sole, ed è dove avvengono le reazioni
termonucleari di fusione dell’idrogeno.
Il nucleo solare è formato da gas molto caldo (15.000.000ºC),
denso(162 gr/cm3) e sotto pressione.( 2.477 x 1011
bar)
Questo gas non è un gas normale ma si chiama plasma.
Il plasma è il quarto stato della materia (solido, liquido,
gassoso). Normalmente in un gas gli elettroni girano in torno al
nucleo atomico, questi sono uniti per azione delle forze
attrattive elettrostatiche. Se la temperatura é sufficientemente
alta, gli elettroni acquisiscono una energia cinetica tale che
riescono ad uscire dall'atomo. In questa situazione gli elettroni
già non formano parte del nucleo atomico. Si trovano allora
elettroni e ioni positivi mescolati. Allora il gas con queste
caratteristiche viene chiamato PLASMA
In qualche caso gli atomi non sono abbastanza caldi per
permettere la liberazione degli elettroni e qualcuno
resta legato al nucleo mentre altri scappano. In questi casi il gas
è
parzialmente ionizzato.
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I quattro stati della materia: solido,
liquido, gas e plasma |
Nel nucleo solare per ogni secondo
si fondono 700.000.000 tonnellate di idrogeno in 695.000.000
tonnellate di elio e 5.000.000 tonnellate di energia che esce in
forma di raggi gamma, che nel suo viaggio nel interno del sole
verso la superficie si trasformano in:
40% energia della parte visibile dello spettro
50% energia nell'infrarosso e onda di radio
10%
energia nell'ultravioletta, raggi X e Gamma
La emissione
di raggi X e onde di radio è molto bassa e aumenta solo nel
caso che ci siano degli eventi solari esplosivi.
LA
COSTANTE SOLARE
La energia
che il sole produce nel suo interno, dovuta alle reazioni
nucleari arriva alla terra come fotoni che interagiscono con
la nostra atmosfera e la superficie terrestre. L'intensità
della radiazione solare nel bordo esterno della nostra
atmosfera, considerando che la terra e la distanza media del
sole per unità di superficie, si chiama constante solare e
il suo valore medio é di 1,37 x 106 erg/s/cm2
, o circa 2 cal/min/cm2.
Le misure più recenti compiute dai satelliti forniscono un
valore di 1366 W/m². Di conseguenza, tenuto conto della
superficie sferica del nostro pianeta, la potenza solare che
viene indirizzata sulla Terra ha un valore di circa 174 × 1015
W, ossia di 174 milioni di gigawatt.
Questa enorme quantità di energia non arriva tutta sulla
superficie terrestre. Infatti circa il 40% della radiazione
viene assorbita o riflessa dalle nubi ed il 15% viene
assorbita dall'aria; arriva al suolo, quindi, circa il 45%
della radiazione (78 miliardi di megawatt). La radiazione
che arriva al suolo della terra é nell'ordine di 900 W/m2
che equivale a 2000 volte il consumo energetico
mondiale.
La costante solare tuttavia non è affatto costante, ma varia
a seconda dell'attività delle macchie solari. Essa è una
delle cause principali di effetti climatici a lungo termine,
mentre influisce in maniera relativamente piccola sui
cambiamenti climatici a breve termine.
La costante solare include tutti i tipi di radiazione
solare, non soltanto quella nella banda visibile. Essa,
assieme alla magnitudine apparente del Sole, è uno dei
valori indicativi dello splendore apparente del Sole.
Se consideriamo che il Sole emette più o meno 2 miliardi di
volte la quantità di radiazione che riceve la Terra,
possiamo dire che il sole produce circa 3,86 × 1026W.
REAZIONE TERMONUCLEARE
Fu Arthur Eddington(1882-1944) a
stimare che sono le reazioni nel denso nucleo solare a
produrre tutta questa energia.
Il diametro del nucleo solare è di 417600km ed ha una
pressione di 340miliardi di atmosfere terrestri. Le alte
temperature presenti in questa zona e l'altissima pressione
aiuta a produrre reazione termonucleare.
La reazione più comune e quella chiamata catena
protone-protone ma ci sono anche quelle reazioni nucleari
che sono contemporaneamente in azione. Comunque sono
studiate in profondità quelle reazioni che producono la
maggior parte dell’energia e quelle che producono elementi
importanti per altre reazioni anche se non danno un
contributo apprezzabile.
Nel nostro sole la reazione protone-protone é la più
importante e si produce quando due nuclei di idrogeno si
uniscono per formare un isotopo dell'idrogeno chiamato
deuterio, a questo punto uno dei protoni si trasforma in un
neutrone liberando un positrone (un elettrone di carica
elettrica positiva e+) e un neutrino (v):
H1 + H1 = H2
+e+ + v
(il neutrino porta un'energia da 0
a 0.42 MeV)
I protoni si trasformano in
neutroni attraverso l'interazione debole, trasformando un
quark “up” in “down”. Questo processo consuma energia (il
neutrone ha leggermente più massa del protone) e libera
un positrone e un elettroneutrino. Questo primo passaggio è
estremamente lento, perché è un interazione debole che
converte un protone in un neutrone. Il protone deve
aspettare circa 109 anni prima di fondersi in
deuterio.
Il positrone si annichila immediatamente con un elettrone, e
le loro energie di massa sono trasformate in due raggi
gamma.
- e+
+ e− → 2γ + 1.02 MeV
Dopo la
produzione di deuterio nel primo passaggio
esso si può fondere con un altro idrogeno
per produrre un isotopo leggero dell'elio.
He3:
- H2
+ H1 → He3 + γ +
5.49 MeV
Da qui tre
differenti rami portano alla formazione
dell'isotopo dell'elio He4. In
pp1 l'elio-4 viene dalla fusione di due
nuclei di elio-3; gli altri rami, pp2 e pp3
richiedono elio-4 prodotto nel pp1, entrambe
presentano differenti percorsi che il
Berilio-7 può seguire. Nel Sole, il ramo pp1
ha una frequenza del 91%, pp2 9% e pp3 0.1%.
RAMO
PPI
- He3
+He3 → He4+ H1
+ H1 + 12.86 MeV
Il completamento
della catena pp I rilascia un'energia netta
di 26.7 MeV. Il ramo pp I è dominante a
temperatura tra 10 e 14 milioni di gradi.
Sotto i 10 milioni di gradi la catena pp non
produce più He4
RAMO PPII
| |
He3
+ He4 |
→ |
Be7
+ γ |
| |
Be7
+ e− |
→ |
Li7+
ν |
| |
Li7
+ H1 |
→ |
He4
+ He4 |
Il ramo pp II è
dominante a temperature tra 14 e 23 MK.
Il 90% dei neutrini prodotti nella reazione
Be7(e−,ν) Li7
portano un'energia di 0.861 MeV, mentre il
rimanente 10% un'energia di 0.383 MeV
(dipende dal fatto che il litio-7
sia in uno stato eccitato o meno).
RAMO PPIII
| |
He3
+ He4 |
→ |
Be7
+ γ |
| |
Be7
+ H1 |
→ |
B8
+ γ |
| |
B8 |
→ |
Be8
+ e+ + ν |
| |
Be8 |
↔ |
He4
+ He4 |
Il ramo pp III è
dominante a temperature maggiori di 23
milioni di gradi. Il ramo pp III non è la
maggiore sorgente di energia per il Sole
(poiché la temperatura del nucleo non è
abbastanza alta) ma è molto importante per
il problema dei neutrini solari poiché
genera i neutrini a più alta energia (≤14.06
MeV).
Ramo PPIV
In questo caso
l'elio-3 reagisce direttamente con un
protone per dare elio-4
- He3
+ H1 → He4 + ν + e+
|
RAMO
PPI |
|
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Caratteristica |
Misura |
|
Temperatura |
15.000.000ºC |
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Diametro |
417600 km |
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Pressione |
340 miliardi di
atmosfera
2.477 x 1011 bar |
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Quantità di Idrogeno che consuma
|
700.000.000 tn/sec |
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Energia liberata |
5.000.000 tn
3,8 x 1023 kW |
|
Energia ricevuta per l’atmosfera
terrestre |
1,37 × 106 erg/s/cm2 |
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Densità |
162 gr/cm3
|
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Caratteristica del gas |
Plasma |
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