En la fusión dentro de estrellas (sol) o gases muy calientes, ¿cómo se unen los electrones y qué pasa con los tritones y la fusión DDD-TTT vs DDD-DDD?

La mayoría de los textos que he leído se enfocan solo en los núcleos para empezar, pero eventualmente comienzan a hablar sobre átomos e isótopos de helio (u otros). Algunos aspectos no me quedan claros y agradecería algunas explicaciones. Mi entendimiento a continuación puede ser erróneo en algunas partes. También ayudaría una buena referencia para un principiante que contenga explicaciones fenomenológicas claras.

Entiendo que en el plasma muy caliente, como el núcleo del Sol, los electrones existen pero no están unidos al igual que los protones, y ambos se mueven a velocidades muy altas (alta temperatura), los electrones se mueven más rápido que los protones debido a su menor masa. Ahora, una colisión frontal de dos protones muy rápidos puede, con una probabilidad pequeña pero distinta de cero, unirlos y uno de ellos puede decaer en un neutrón (más el neutrino más el positrón), fusionándose así en un deuterón (el núcleo de un deuterio). Como los deuterones son más pesados ​​y más grandes que los protones, el tamaño más grande les facilita chocar con otros protones, y la masa más grande, por lo tanto, la inercia más grande, les ayuda a superar la barrera de Coulomb más fácilmente para fusionarse más con un protón (* ). Eso está bien, pero hasta ahora todavía tenemos solo un núcleo, específicamente un núcleo de 3He (2 protones, 1 neutrón). Textos I'

¿En qué punto se unen los electrones y cómo, o se unen en absoluto? ¿Es porque una vez que obtenemos un deuterón, este núcleo es mucho más lento y, por lo tanto, un electrón que pasa será instantáneamente arrebatado por la fuerza de Coulomb? Esto implicaría que un electrón que pasa es arrebatado y se une cada vez que se fusiona un nuevo protón.

(*) No me queda claro si la fusión deuterón-protón es más probable que la fusión protón-protón. Un deuterón tiene un enlace bastante débil, por lo que un protón que lo golpea también puede dividirlo. La proporción de split vs fuse no está clara, al igual que las condiciones para que ocurra uno y otro (¿geometría, rotación, estado de vibración?).

Otro aspecto menos claro se refiere a la fusión de tritio y DT.

Primero, ¿cómo se forman exactamente los tritones dentro del sol? ¿Es por (*) arriba? es decir, el núcleo del deuterón tiene un límite bastante semanal, por lo tanto, un protón que lo golpea y lo divide produce un neutrón libre que luego puede fusionarse con un deuterón existente.

Supongamos que tenemos D y T . Los textos afirman que cuando un D y T chocan siempre se pegan (fusionan) mientras que cuando D y D chocan, casi nunca se pegan, ya que eso requeriría que se emitiera un fotón para pegarse, lo que generalmente no sucede (esta parte de la emisión de fotones no me queda clara). Por que es D - T casi garantizado para dar lugar a la fusión y D - D ¿no es?

en.wikipedia.org/wiki/Proton%E2%80%93proton_chain_reaction es bastante bueno. Sí, tiene razón, hace demasiado calor en el núcleo (y en la mayor parte del Sol) para que los electrones se unan a los núcleos, por lo que cuando los textos hablan de átomos en el núcleo, están siendo un poco sueltos con el lenguaje.
Leí esa referencia y no responde a mis preguntas. ¿Está diciendo que tanto antes como después de la fusión (todas) no hay electrones unidos a ningún núcleo, es decir, solo hay núcleos y todos los textos abusan de la notación cuando hablan de "Helio-3" o "Helio-4" o "Hidrógeno", etc.? ¿Sin átomos?
Si eso es correcto. Solo hay núcleos desnudos, no hay átomos neutros. Pero supongo que podrías llamarlos átomos totalmente ionizados. Claro, ese artículo de Wikipedia no responde completamente a sus preguntas, pero en mi humilde opinión es una buena referencia que puede aclararle algunas cosas.
Muchas gracias. Muestra que a veces hacer una pregunta temprano es la mejor idea (me tomé un tiempo buscando una respuesta).
¡Tu pregunta cubre mucho territorio! Preferimos preguntas que estén más enfocadas, pero publicaré una respuesta en breve que abordará algunas de sus inquietudes.

Respuestas (1)

Como mencioné en los comentarios, el plasma en el interior de una estrella está completamente ionizado: los núcleos no tienen electrones unidos.

El cuello de botella principal en la cadena protón-protón no es la fusión de dos protones para formar un diprotón, es la conversión del diprotón en un deuterón. La temperatura del núcleo solar es más que adecuada para superar la repulsión de Coulomb entre dos protones, una vez que se tiene en cuenta el túnel cuántico, como descubrió George Gamow. Ver el factor de Gamow para más detalles.

Sin embargo, el diprotón es muy inestable y, la mayoría de las veces, se desmorona poco después de formarse. Por lo tanto, solo hay un breve período de tiempo para que uno de los protones se convierta en un neutrón a través de la descomposición beta más . Pero esa reacción implica la interacción nuclear débil, que es relativamente lenta. Se estima que (en el núcleo solar) la probabilidad de que un diprotón se convierta en un deuterón es del orden de 10 − 26 . Y es por eso que el tiempo promedio para que un protón del núcleo solar se fusione con éxito es de alrededor de 9 mil millones de años.

Por cierto, eso hace que la fusión de hidrógeno puro sea extremadamente poco práctica para una planta de energía de fusión terrestre. Pero también significa que las estrellas pueden arder durante mucho tiempo, lo cual es algo muy bueno. :)

No tengo permitido votar a favor, pero puedo decir gracias aquí, así que gracias. pd Todavía estoy interesado en el lado del tritio de las cosas en la segunda parte de mi publicación si tiene tiempo (¿quizás una referencia clara?)
No te preocupes, @qeuntinz. Entiendo que aún no tienes suficientes representantes para votar. Pero si quieres, puedes aceptar mi respuesta. ;) Preferimos apegarnos a la regla de "una pregunta por pregunta" en los sitios de Stack Exchange, pero dado que el tema del tritio está relacionado, intentaré agregar algo de información al respecto en los próximos días. Primero necesito investigar un poco más, para asegurarme de obtener los hechos relevantes correctamente.
Muchas gracias de antemano. Podría señalarme recursos que podría leer yo mismo (si no son de nivel experto, todavía no estoy allí). No quería gravar a otros aún más tiempo.
@qeuntinz en.wikipedia.org/wiki/Fusion_power#Fuels tiene información relevante, aunque su enfoque principal está en los reactores de fusión terrestres. Por supuesto, la quema de deuterio es parte de la cadena pp, que vinculé anteriormente. El tritio generalmente no se produce en las reacciones de fusión estelar comunes, debido a la falta de neutrones libres.
"La temperatura del núcleo solar es más que adecuada para superar la repulsión de Coulomb entre dos protones". Mi memoria sobre esto es borrosa, pero IIRC, la aproximación clásica de carga puntual masiva, no alcanzó el impulso necesario para llevar los protones al fuerte rango de interacción sobre la repulsión de Coulomb en 10 órdenes de magnitud. Se requirió QM para permitir que los retoños se pegaran incluso a la velocidad lenta que lo hacen. Me pregunto si no estoy confabulando: mi astrofísica tiene 25 años de óxido acumulado. :)
@kkm Tienes razón. Originalmente pasé por alto ese punto en mi respuesta. George Gamow descubrió que los túneles cuánticos permiten que los protones se fusionen a la temperatura relativamente baja del núcleo solar.
Gracias por confirmar, PM, ¡no estaba seguro de recordarlo correctamente! ¡Ja, mira, todavía recuerdo algo! Probablemente lo suficiente para ser peligroso... (Insertar :( o :), tu elección).
@kkm El punto se ilustra por el hecho de que la quema de deuterio ocurre a una temperatura de un orden de magnitud más baja que la cadena pp, a pesar de la misma barrera de Coulomb.
@ProfRob, prefiero atribuirlo a la estabilidad resultante del núcleo ³He en comparación con el diprotón inestable. ¿Qué me estoy perdiendo?
@kkm La estabilidad de lo que se produce te dice qué tan profundo es el potencial al otro lado de la barrera. ¿Tiene eso una gran influencia en la probabilidad de tunelización? No aparece en la fórmula del pico de Gamow.
@ProfRob, ahora entiendo lo que quiere decir, gracias: solo la probabilidad de túnel. Un orden de magnitud inferior T significa que la barrera es extremadamente más alta desde el "exterior". La distribución de Boltzmann desciende muy abruptamente y la probabilidad de Gamow también cae exponencialmente en mi − 1 . Se vuelve un poco confuso para ser una ilustración clara de aquí, en mi opinión: una fusión p + D no requiere el proceso débil, que compensa en gran medida la probabilidad de túnel mucho más pequeña.
@ProfRob Oh, a menos que por el "punto" te refieras a la fusión mediada fuerte versus débil. Estoy un poco confundido sobre cuál es exactamente el punto que quieres ilustrar. :)
@kkm Mi punto era que la fusión D + p, que tiene exactamente la misma barrera potencial, se produce a temperaturas más bajas que la fusión p + p porque esta última también requiere un cambio débil de interacción p a n. Por lo tanto, necesita que la barrera sea penetrada a un ritmo mucho mayor para tener alguna posibilidad de que la interacción débil haga lo suyo.
@ProfRob, sí, gracias, eso me di cuenta después de enviar el mensaje anterior al último. Soy un lento. :) De verdad, gracias por ayudarme a limpiar un poco esos 25 años de óxido de mi física nuclear. ¡Me tomó un tiempo apreciar tu comentario!
En la fusión dentro de estrellas (sol) o gases muy calientes, ¿cómo se unen los electrones y qué pasa con los tritones y la fusión DDD-TTT vs DDD-DDD?
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