Curva di Aston e direzione dell'energia

Testo

Spiega perché sia la fissione di nuclei pesanti (come $^{235}\text{U}$) sia la fusione di nuclei leggeri (come $^{2}\text{H} + {}^{3}\text{H}$) liberano energia. Aiutati con la curva dell’energia di legame per nucleone e indica dove si collocano i due processi rispetto al massimo.

Curva dell’energia di legame per nucleone: il picco è al ferro; le frecce indicano il verso in cui procedono fusione e fissione.

Soluzione

La curva mostra l’energia di legame per nucleone $E_l/A$ in funzione del numero di massa $A$: cresce rapidamente per i nuclei leggeri, raggiunge il massimo intorno al ferro ($A \approx 56$, $E_l/A \approx 8{,}8\ \text{MeV}$) e poi decresce lentamente per i nuclei pesanti.

La chiave è questa: un processo libera energia quando i prodotti sono più legati dei reagenti, cioè quando hanno un $E_l/A$ maggiore. L’aumento dell’energia di legame corrisponde a una diminuzione di massa, e quella massa mancante esce come energia secondo $E = \Delta m\, c^2$.

• Fusione ($^{2}\text{H} + {}^{3}\text{H}$): i nuclei leggeri stanno sul ramo ripido a sinistra del massimo. Fondendosi salgono verso il picco, aumentando $E_l/A$: quindi liberano energia.
• Fissione ($^{235}\text{U}$): i nuclei pesanti stanno a destra del massimo, su un $E_l/A$ più basso. Spezzandosi in frammenti di massa intermedia si avvicinano al picco, aumentando $E_l/A$: anche qui viene liberata energia.

Entrambi i processi, partendo da estremi opposti, “scivolano” verso il fondo della valle energetica rappresentato dal ferro.

$\ev{\text{fissione (}A>56\text{) e fusione (}A<56\text{) tendono entrambe al massimo del ferro}}$

Collegamenti

Argomenti: Fisica nucleare Concetti: Energia di legame nucleare · Fissione nucleare · Fusione nucleare Competenze: Lettura dei grafici