EL CICLO PROTÓN-PROTÓN

EL CICLO PROTÓN-PROTÓN

8 abril, 2018 0 By Ensambledeideas

¿De dónde proviene la energía del Sol?

Realizar una fusión artificial no es tan simple como una fisión nuclear. Lograr la fusión requiere de una serie de condiciones. En primer término, la tarea es más complicada cuanto más pesados sean los núcleos a fusionar. Además, hay que conseguir que los núcleos se acerquen muchísimo, venciendo la repulsión electrostática entre ellos; para conseguirlo, es necesario elevar la temperatura entre 100 y 300 millones de grados centígrados y luego mantenerla. De esta forma, los átomos pierden sus electrones y llevan la materia a un estado que se denomina plasma. Luego hay que disponer de un recipiente que pueda contener el plasma, es decir, que tolere tal temperatura. Pese a las dificultades prácticas, se han realizado proyectos para fusionar partículas formando Helio.

Es probable que surjan preguntas en cuanto a estos temas. Es buen momento para derribar muchos mitos y aclarar situaciones. Hay que dejar en claro que el proceso artificial es demasiado complejo. Entonces, ¿cómo puede darse esto en la naturaleza?

La energía del Sol que llega a la Tierra proviene de reacciones nucleares que en su centro ocurren. Especialmente, estas reacciones nucleares suceden en un ciclo, en el cual a partir de cuatro protones se obtiene un átomo de Helio4 + dos positrones + 2 neutrinos. Es decir,

4_{1}^{1}\textrm{H}+ _{2}^{4}\textrm{He}\rightarrow +2e^{+}+2\nu

El ciclo protón-protón paso a paso

Para explicar este proceso tan particular que ocurre en el interior del Sol, a temperaturas altísimas (cercanas a 10.000.000 °C), utilizaremos en este artículo una modelización mediante círculos de color rojo, azul, verde y amarillo, que representarán protones, neutrones, neutrinos y positrones, respectivamente. Es decir:

Partículas subatómicas involucradas en el ciclo protón-protón.


Ahora sí, el siguiente modelo representa cómo se obtiene la energía dentro de una estrella como nuestro Sol:

El ciclo protón-protón
Ciclo protón protón

Analicemos la imagen. En principio, dos protones que se encuentren en el interior del Sol pueden fusionarse en una partícula formada por ambos, pero, a temperaturas tan altas como los millones de grados centígrados que existen en el núcleo de una estrella, ocurre un fenómeno sorprendente, que lleva el nombre de transmutación.

El siguiente video representa el ciclo protón-protón de forma dinámica:

Este fenómeno es el proceso por el cual uno de los protones que forman parte de la nueva partícula recién formada cambia, transmuta, en un neutrón. Esto, sin duda, parece increíble, sin embargo el proceso de transmutación trae sus consecuencias: la liberación de un positrón y un neutrino al espacio. La nueva partícula formada por un protón y un neutrón se llama deuterón.

 A la par, otro deuterón puede formarse a partir de otros dos hidrógenos (protones), formándose un positrón y un neutrino. En la nueva etapa, otro protón fusiona con el deuterón, liberando rayos gamma (representados mediante el símbolo γ) al espacio y grandes cantidades de energía, formándose partículas de Helio-3 (3He). Ocurrirá lo mismo con el deuterón formado a la par, por lo que se obtiene, en total, dos partículas de Helio 3.

En la siguiente etapa, estas partículas de Helio 3 formadas se fusionarán. La partícula que debería formarse estaría formada por cuatro protones y dos neutrones, sin embargo, esta partícula es realmente muy inestable y no se mantienen los p+ y n unidos fácilmente, por lo que fisiona formando una partícula de Helio-4 y liberando, a la vez, dos protones.

Estos dos protones pueden volver a formar parte del ciclo, fusionándose y comenzando el proceso otra vez. Debido a que, como se observa en la imagen, se utilizan en total seis protones en el ciclo protón-protón y sólo se obtienen dos, en algún momento el combustible del Sol se acabará y quedará helio en mayor proporción. Esto hará que el Sol comience una nueva etapa en su vida, la de gigante roja. ¡Pero deben estar tranquilos! Al Sol le quedan aún unos 5000 millones de años más de vida para seguir fusionando hidrógeno.

Disponible en https://www.youtube.com/watch?v=LpUB8iMbNw0

Mesografía sugerida

  • ¿Quieres aprender más acerca de qué le pasará al Sol en el futuro? Puedes acceder a nuestro artículo sobre evolución estelar en:
Disponible en https://www.ensambledeideas.com/evoluciondelsol/
  • ¿Te gustan los videojuegos? ¿Conoces el juego “Portal” de la empresa de videojuegos Valve? Te recomendamos este video que ha realizado la empresa en colaboración con la NASA en donde se explica el ciclo protón-protón al explicar los procesos de fisión y fusión nuclear. ¡Es excelente!
Disponible en https://youtu.be/ToufMhmUoUM

 

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