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Titolo: Fusione D-D->4He

Salve a tutti,
durante una delle scorse lezioni di fisica nucleare il professore ha 
accennato, senza dimostrarlo, al fatto che la fusione deuterio-deuterio 
non puo' produrre 4He (elio 4), ma in realta' evolve verso soluzioni di 
decadimento in 3He o 3T (trizio), rilasciando rispettivamente un 
neutrone e un protone.
Il professore ha anche detto che probabilmente, riflettendoci sopra, ci 
saremmo potuti arrivare. Francamente, non riesco a capirne il motivo. 
Qualche suggerimento?
CiruZ

 neutrone e un protone.
Ciao,
 immagino che si parli di fusione con energie cinetiche trascurabili ...  
diciamo termiche o poco piu' ... giusto?
Se non ricordo male l'energia di legame del deuterio e' 2.2 MeV, mentre
quella dell'elio 4 e' 27 MeV ... quindi se metti assieme due nuclei di
deuterio ti avanza dell'energia ... come puoi disperderla? Fermioni non ne
avanzano ... l'interazione e' forte quindi gli unici bosoni che possono
essere emessi sono i gluoni, pero' l'energia in gioco e' troppo poca
perche' possano adronizzare ... l'unica e' formare un nucleo piu' piccolo
(tra l'altro, con energia di legame minore) e lasciare un nucleone libero,
con energia di legame che si trasforma in energia cinetica.
Non ne sono proprio sicuro ... potrei aver tralasciato qualcosa ... magari 
qualcosa di fondamentale :-)
Voi che ne dite?
 Ciao
 Federico

 
Mi chiedo: questa energia cinetica non potrebbe essere acquisita dallo 
stesso 4He che schizzerebbe via? O qualcosa lo impedisce? Perche' passa 
da uno stato piuttosto stabile ad uno instabile rilasciando un nucleone?
Ovviamente, non spero di capire tutto dopo appena 3 lezioni, ma sento 
che mi sfugge qualcosa...
CiruZ

 stesso 4He che schizzerebbe via? O qualcosa lo impedisce?
La conservazione dell'impulso! Nel sistema del centro di massa (meglio, 
centro degli impulsi), se alla fine hai una sola particella, questa deve 
essere ferma!
 Ciao
 Federico

 
Miseriaccia, ecco cosa mi sfuggiva: le leggi sulla conservazione hanno 
ancora validita', accidenti ala mia capoccia...
Ciruz

 questa deve essere ferma!
E' molto probabile che in effetti il professore di CiruZ intendesse
questo, pero' non ne vedo la necessita'.
Perche' l'energia in eccesso non potrebbe essere portata via da un
fotone?
Puo' darsi che la sezione d'urto per questo processo sia piccolissima,
ma perche'?
Incidentalmente, l'energia ineccesso sarebbe parecchia di piu' di
27-4.4 MeV, perche' di due deutoni debbono superare la barriera
coulombiana di qualche MeV per poter interagire.
Quindi l'en. cinetica iniziale non potrebbe essere nulla.
 
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Elio Fabri
Dip. di Fisica - Univ. di Pisa
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 qualche MeV per poter interagire.
Qualche MeV? E nel Sole come avviene? Non ricordo ... qual'e' il tempo
tipico di questa reazione all'interno del ciclo p-p?
 Ciao
 Federico

 tipico di questa reazione all'interno del ciclo p-p?
Effetto tunnel, naturalmente.
Il tempo e' dell'ordine di 10^10 anni.
(Se non fosse cosi', non avremmo stelle, ma bombe H...)
Il rate dipende in modo estremamente rapido dalla temperatura, come
ti puoi aspettare appunto da un effetto tunnel, in cui il deficit di
energia rispetto alla cima della barriera entra esponenzialmente.


 Effetto tunnel, naturalmente. Il tempo e' dell'ordine di 10^10 anni.
Ah, ecco,ricordavo male ... quindi e' questa reazione il collo di
bottiglia, quella che determina l'eta' massima del Sole ... grazie!
 Ciao
 Federico

 bottiglia, quella che determina l'eta' massima del Sole ... grazie!
Ti debbo un paio di precisazioni.
In primis, ho esagerato parlando di "qualche MeV" di barriera
coulombiana: sarebbe piu' gisuto dire "intorno al MeV".
Infatti l'energia pot. elettrostatica tra due protoni a distanza di 1
fm e' circa 1.4 MeV.
Secondo: i tempi caratteristici delle tre reazioni del ciclo p-p sono:
p + p --> D + e+ + \nu_e: 1.4x10^10 anni
p + D --> He3 + \gamma: 6 s
He3 + He3 --> He4 + p + p: 10^6 anni.
Come vedi il rate del primo processo e' assai piu' basso che nel
secondo, sebbene la barriera coulmbiana sia la stessa.
Immagino che dipenda dal fatto che il primo e' debole, il secondo e.m.


 dipenda dal fatto che il primo e' debole, il secondo e.m.
Credo che dipenda anche dal fatto che c'e' un neutrone in piu', quindi
l'"attrazione" forte e' maggiore che nel primo caso.
 Ciao
 Federico

 passati otto anni, ormai!
Le mie conoscenze in materia sono tutt'altro che profonde ... ma in
tre libri che ho consultato non ho trovato nessun riferimento a un
D+D.



 
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Inviato via 
http://arianna.libero.it/usenet/

 argomenti saprai cavarne qualcosa di meglio.
Questa frase era pronunciata nella convinzione che Federico
ha seguito certamente un corso di fisica delle particelle e
poteva certo cavarsela con i target tipici di quell'esame. E
magari aiutarmi a comprendere. Ma invece mi accorgo di
avere sbagliato target. Ulteriori scuse.
Infatti dopo la riflessione di cui sopra mi sembra relativamente
chiaro che se queste regole hanno qualche ruolo nel dare struttura
ai livelli delle particelle alfa e' probabile che questo genere di fisica
non sia trattata nei libri di fisica nucleare, e che debba essere studiata
per via di computazione automatica. Tuttavia mi sembra che invece
queste sezioni d'urto siano stimabili almeno in modo orientativo,
per lo meno nel caso di nucleoni di maggior numero atomico.
Con questo spero di riuscire a comprendere insieme a voi
come si risponde alla questione sollevata da Ciruz. Il ragionamento
che ho abbozzato fin qui e' che l'energia in eccesso nella geometria
interna del nucleone alfa fortemente eccitato e' verosimilmente descritta
da un modello che preveda una serie di livelli che riducono la probabilita'
di emissione di un singolo fotone, oltre quanto sarebbe ragionevolmente
prevedibile dal confronto fra la costante di struttura elettromagnetica e
quella
nucleare.


 con i target tipici di quell'esame.
Si', tempo fa! Cmq hai ragione, qui ci vuole piu' un esperto di 
fisica nucleare, anziche' un non esperto particellare ...
 Ciao
 Federico

 Federico


 decadimento?
Prima di tutto scusa il ritardo, dovuto a impedimenti di varia natura.
Temo che anche nei prossimi giorni non potro' essere molto presente
nel NG.
Piacerebbe anche a me saperlo...
Nei libri che ho consultato non c'e' nessuna spiegazione.
Dovrebbe essere il prodotto di una sezione d'urto per una densita'
numerica, ma non so interpretarlo.


 per una densita' numerica, ma non so interpretarlo.
Ciao,
 anche a me erano stati spiegati cosi' ... puoi vederli come tempi di
dimezzamento per i reagenti, grosso modo ...
 Ciao
 Federico


Il motivo per cui ho chiesto se si trattava di larghezze di riga e'
che trattandosi di tre processi eterogenei, a partire da reagenti
differenti i rispettivi rate verrebbero a dipendere dalle densita'
dei reagenti medesimi (oltre che dalle distribuzioni in energia).
Riguardo al tema che ha sollevato Ciruz si trova qualche dato
rilevante sul report dell'azienda incaricata dal governo americano
per stabilire l'utilita' di finanziare ricerche sulla fusione fredda.
Nella fattispecie la parte del report che riguarda gli esperimenti
di Pons e Fleischmann, che proclamavano di avere osservato
produzione di elio e calore caricando una cella elettrolitica con
acqua pesante. Loro pretendevano che il processo responsabile
fosse proprio: d+d -> He + 23 Mev. C'e' un punto del report in cui
si parla della sezione d'urto totale del processo. Ve lo riporto
integralmente e vi fornisco il link:
www.newenergytimes.com/DOE/2004-DOE-ReviewerComments.pdf
"The work of Jones is to me the most complete i trying to answer the
charge to the committe to establish wheter nuclear effects are produced
in "cold fusion". The rason I make this statemente is thet
their present work does not rely on electrolytic cells and the confusion
around whether excess heat is being produced. They need no stiumulus
to ghet nuclear events but the processing of foils is stlli an art
as they state in the conclusion of their paper in our packet. Jones also
does not
believe that the d(d,\alpha) reaction can suddenly become a factor of a
million
larger and so has focused his efforts since 1986 on the two reactions
d(d,p) and d(d,n). The problem is that his experiments see effects have
yielded
resuts that are just above background when properly normalized. Some runs
yield no
effects. Jones would benefit enormously from collaborating with nuclear
physicist
engaged in very low level counting experiment such as those for double beta
decay
because they have worked extremely hard to catalog all sources of back
grounds".
Nel resto del report viene rilevato che Pons e Fleishmann dicono di non
avere
osservato raggi gamma, e viene commentato lo stato delle ipotesi
interpretative
di questo fatto alla luce dell'effetto Mossbauer. Ma quello che importa qui
e'
che l'ordine di grandezza per questo processo nelle reazioni nucleari
ordinarie
nel vuoto (non catalizzate da metalli o altro), sarebbe di un milionesimo
piu'
piccola che quella dei processi con emissione di neutroni e protoni. Questo
numero vi risulta da qualche altra fonte?
Se si, proviamo a vedere se e come si spiega in termini di costanti di
struttura e di volume di fase. Ricordo che le costanti di struttura forte ed
elettromagnetica stanno in rapporto di circa .1 ad 1/137. Quindi il fattore
10^5 di differenza deve derivare dal rapporto fra i volumi di fase. La
stima di questo rapporto, una volta che uno si ricorda dell'invariante di
fase per i processi ad un grado di liberta' d^3p/ p_o, si riduce ad un
semplice esercizio di meccanica relativistica. Quanto vale il rapporto
p^2/p_o a parita' di p_o e diversa massa? Risulta per il fotone p_o
mentre per il neutrone circa (m/p_o)m. Il rapporto fra il volume di
fase per il fotone ed il volume di fase per il neutrone e' quindi
dell'ordine
di (p_o/m)^2 Ovvero dell'ordine di 4 e(-4). Quello che si dice in questo
report e' anche che nel vuoto si puo' stimare che le sezioni d'urto per
questi processi dipendono dall'energia nel centro di massa. Ma non
ci sono indicazioni quantitative sugli andamenti. In particolare quello
che questa stima molto approssimativa ci dice e' che l'andamento sia
circa quadratico nell'eccesso energetico. E che il rapporto fra il rate per
protoni e per neutroni, se fosse condizionato solo dalle masse, sarebbe
pari al quadrato del rapporto fra le masse. Quindi un poco piu' neutroni
ed un poco meno protoni. A pagina dieci del report si trova una tabella
In cui si da' il numero di reazioni in funzione della potenza. Il rapporto
fra i Branching ratio e' di 10^(-7). Quindi, a parte il rapporto fra
costanti
di accoppiamento e volumi di fase sembra che avanzi un fattore cento.
Quello che sospetto e' che questa stima possa essere migliorata considerando
le running coupling costant del modello standard con le opportune
correzioni legate alla scala di energie in gioco all'interno del nucleo,
in luogo delle costanti fenomenologiche 1/137 ed alpha(M_Z).
Tuttavia sospetto che nonostante questa correzione troveremmo
sempre un difetto di processi gamma. Quello che non abbiamo
considerato e' la densita' degli stati. Tu vedi un qualche errore che
ho commesso e che permette di spiegare questa differenza senza
fare ricorso a parametri di struttura del nucleo?


di elio+gamma? E' zero, e' 10^(-18) è 10^(-9)? [...]
Mi risulterebbe circa 10^(-6), non so se sia gia` stato
detto nel thread, se e` cosi' mi scuso per la ripetizione.
Fonte: "Fusione fredda" di Angelo Basile (ed. Avverbi),
pag. 109:
_______________________________________________________________
Le ragioni per cosi' dire ideologiche dello scetticismo della
comunita` scientifica sono legate proprio alla reazione di
fusione tra due nuclei di deuterio. In esperimenti condotti in
condizioni di vuoto (tecnicamente detto quasi-vuoto), ossia
non in presenza di materia condensata come nel caso del
palladio, si e` appreso che la reazione tra due nuclei di
deuterio di realizza secondo le seguenti modalita`:
 - nel cinquanta per cento dei casi
   deuterio + deuterio => neutrone + elio-3
 - nell'altro 50 per cento
   deuterio + deuterio => protone + trizio
 - ed infine, con una bassissima probabilita` (una su un
   milione) risulta anche:
   deuterio + deuterio => elio-4 + raggi gamma + calore
In molti esperimenti sulla fusione fredda si e` trovata
soltanto una debolissima traccia di neutroni (derivanti dalla
prima reazione) e di trizio (dalla seconda). La relativa
abbondanza di elio-4 ha fatto pensare che l'ultima reazione
fosse la piu' importante delle tre ed e` proprio su questa
che si concentrano le polemiche. Perche' mentre nel
quasi-vuoto la probabilita` che si realizzi e` praticamente
trascurabile, per i sostenitori della fusione fredda e` al
contrario la reazione di gran lunga dominante.
_______________________________________________________________
Ciao
Paolo Russo

 detto nel thread, se e` cosi' mi scuso per la ripetizione.
Grazie, ma su questo numero non riesco a trovare
una valutazione ben definita. In alcune fonti si trova
10^(-6), ma nella tabella del report che ho citato nel
thread si dice 10^(-7). Potrebbe essere che l'equivoco
nasca dal fatto che in un suo commento Jones, che
era il fisico che lavorava sulla fusione catalitica in una
universita' vicina a quelle di Pons e Fleishman quando
loro si rivolsero al New York Times, dice
che per accorgersi di qualcosa senza essere uccisi dai
neutroni occorrerebbe che il tasso di fusione con conversione
dei fotoni in fononi (meccanismo proposto, per la prima volta da
Schwinger?, e riproposto in varie sedi, sia quando
si dava ancora un poco di credito alla possibilita' che Pons e Fleishman
avessero osservato qualcosa, sia in tempi piu' recenti per spiegare
pretese osservazioni di anomalia) fosse aumentato di un fattore
10^6. Quell'esperimento di Pons e Fleishman e' stato tentato da
altri laboratori ed e' risultato in un sistematico fallimento.
Senza voler essere malpensanti e per non dar credito a
congiure internazionali, pure concedendo a Pons e Fleishman
il beneficio del dubbio, che non va negato a nessuno, e volendo
ammettere che davvero i tentativi di riproduzione degli altri
laboratori fossero viziati da una erronea preparazione del dispositivo,
va detto che molti altri esperimenti di fusione nucleare sono stati
portati avanti. Per esempio da Scaramuzzi, in Italia, da vari gruppi
in Giappone e da altri gruppi nel mondo, ed hanno dato
risultati parzialmente condivisi. In tutti i casi nessuno ha mai dato
pubblica notizia di avere ottenuto un fattore di guadagno maggiore
di uno. Lo stesso vale ancora per il piu' recente dispositivo
per la produzione di neutroni che si basa sull'uso di un materiale
piro-elettrico. In tutti i casi non si e' mai misurato
un cambiamento significativo nelle sezioni d'urto.
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