¿Es posible la fusión protón-tritio?

Supongamos que tenemos un solo núcleo de tritio ( 1 3 H entonces dos neutrones y un protón). El tritio es una configuración nucleica altamente inestable y, por lo tanto, se descompone en 2 3 H mi con una vida media de aproximadamente 12 años. 2 4 H mi (la partícula alfa), por otro lado, es una configuración altamente estable y no se descompone en absoluto. Así, si disparáramos precisamente un protón solitario al núcleo de tritio, deberíamos esperar una reacción de fusión y una liberación de energía (en forma de fotones o energía cinética de la resultante). 2 4 H mi núcleo ?) a medida que el núcleo alcanza la configuración más favorable y estable de 2 4 H mi .

Esta reacción debería verse algo así como

pag + + 1 3 H → 2 4 H mi + X 0 METRO mi V
dónde X 0 METRO mi V ≠ 0 es una cantidad positiva (presumiblemente grande) de energía. Mi pregunta puede formularse simplemente de la siguiente manera: ¿es realmente posible esta reacción y, de ser así, por qué no se usa ni se hace referencia a ella en los textos, ya que parece ser la forma más simple imaginable de una reacción de fusión? Además, si esta reacción es posible, ¿se libera energía en forma de fotones o energía cinética o quizás ambas? La razón por la que pregunto es que quiero poder usar este ejemplo para enmarcar mis pensamientos sobre la liberación de energía en las reacciones de fusión y este parece ser el ejemplo perfecto debido a su simplicidad. ¡Cualquier ayuda en esto sería muy apreciada!

Deberías tratar de calcular X 0 e incluirlo en su pregunta.

Respuestas (1)

Su fórmula tiene un problema crítico: el término "energía" en el lado derecho. Si observa las fórmulas de fusión, tienden a tener múltiples partículas en el lado derecho. Esto se debe a que, en el marco del centro del momento, si solo hay una partícula en el lado derecho, esa partícula no tiene momento y, por lo tanto, no tiene energía cinética. Entonces esta energía tendría que ser liberada de alguna otra manera.

Imagine que el protón y el tritón se juntaron para formar una forma excitada de helio-4, 4 H mi ∗ . Esta partícula podría decaer en helio-4 estable al emitir un fotón, o podría decaer en un protón y un tritón a través de la fuerza fuerte. Dado que la interacción electromagnética es mucho más débil que la fuerza fuerte, esperaría que la última interacción suceda con mucha más frecuencia, lo que mantiene la interacción pag + 3 H → 4 H mi + γ de ocurrir fácilmente.

Una interacción como 2 H + 3 H → 4 H mi + norte + k . mi . es en general mucho más simple porque la energía cinética se puede compartir entre las dos partículas, por lo que no debe preocuparse por cómo sale la energía.

(1/2) ¡Gracias por la gran respuesta! Creo que has cubierto prácticamente todos mis problemas. Antes de aceptar su respuesta, ¿es correcto mi entendimiento (que se puede resumir de la siguiente manera): cuando se dispara un protón e inicialmente se fusiona con un tritio, el resultado 4 H mi necesariamente debe estar en un estado excitado porque antes de la colisión, el sistema (protón + tritio) tenía un estado distinto de cero mi k en el centro del marco de momento. Después de la colisión, sólo tenemos un 4 H mi que trivialmente tiene cero mi k en el centro del impulso RF. Así que la energía cinética tiene que haber entrado en excitar el 4 H mi ...
(2/2). Entonces, inmediatamente después de la colisión, tenemos un emocionado 4 H mi ∗ núcleos Ahora bien, debido a que la fuerza fuerte es mucho más fuerte que la fuerza EM, es más favorable para el 4 H mi ∗ para volver a decaer inmediatamente en un protón y un tritio en lugar de emitir un rayo gamma y, por lo tanto, la fusión descrita en mi publicación original no ocurre fácilmente?
@SalahTheGoat Sí, básicamente. Las partículas también pueden emitir un fotón sin formar un estado excitado (y tal estado excitado puede no existir), pero eso también sería raro por la misma razón que la fuerza electromagnética es mucho más débil que la fuerza fuerte. Es básicamente la misma razón por la que no podemos fusionar dos protones, solo con la fuerza débil sustituida por la fuerza electromagnética. En términos generales, ralentizas drásticamente una interacción fuerte si comienzas a agregarle interacciones electromagnéticas.
Me gustaría señalar que la captura de neutrones por un protón también involucra solo una partícula al final de la reacción y, en lugar de decaer con frecuencia, esta reacción da como resultado principalmente la emisión de un rayo gamma.
Además, @Chris, tenía la impresión de que la razón por la cual dos protones no se combinan a pesar de que la fuerza fuerte es mucho más fuerte que la fuerza EM, se debe al impulso intrínseco de las partículas que crean una presión de degeneración, que combinada con la eléctrica repulsión, vence a la fuerza fuerte (los dineutrones no son posibles por la misma razón). Después de todo, si su explicación fuera cierta, ¿por qué un protón y un neutrón permanecen intactos después de fusionarse?
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