Processo alfa

Il processo alfa è una delle due classi di reazioni di fusione nucleare tramite le quali le stelle convertono l'elio in elementi più pesanti (l'altro è il processo tre alfa).

Le reazioni

Mentre il processo tre alfa richiede unicamente elio, la reazione alfa può avvenire solo quando nella stella si è già prodotto del carbonio, a partire dal quale possono essere sintetizzati elementi più pesanti, come esemplificato dalle reazioni seguenti:

${}_{\mathrm{6}}^{\mathrm{1}\mathrm{2}}\mathrm{C}+{}_{\mathrm{2}}^{\mathrm{4}}\mathrm{H}\mathrm{e}\to {}_{\mathrm{8}}^{\mathrm{1}\mathrm{6}}\mathrm{O}+\gamma +Q$, Q = 7,16 МeV

${}_{\mathrm{8}}^{\mathrm{1}\mathrm{6}}\mathrm{O}+{}_{\mathrm{2}}^{\mathrm{4}}\mathrm{H}\mathrm{e}\to {}_{\mathrm{1}\mathrm{0}}^{\mathrm{2}\mathrm{0}}\mathrm{N}\mathrm{e}+\gamma +Q$, Q = 4,73 МeV

${}_{\mathrm{1}\mathrm{0}}^{\mathrm{2}\mathrm{0}}\mathrm{N}\mathrm{e}+{}_{\mathrm{2}}^{\mathrm{4}}\mathrm{H}\mathrm{e}\to {}_{\mathrm{1}\mathrm{2}}^{\mathrm{2}\mathrm{4}}\mathrm{M}\mathrm{g}+\gamma +Q$, Q = 9,31 МeV

${}_{\mathrm{1}\mathrm{2}}^{\mathrm{2}\mathrm{4}}\mathrm{M}\mathrm{g}+{}_{\mathrm{2}}^{\mathrm{4}}\mathrm{H}\mathrm{e}\to {}_{\mathrm{1}\mathrm{4}}^{\mathrm{2}\mathrm{8}}\mathrm{S}\mathrm{i}+\gamma +Q$, Q = 9,98 МeV

${}_{\mathrm{1}\mathrm{4}}^{\mathrm{2}\mathrm{8}}\mathrm{S}\mathrm{i}+{}_{\mathrm{2}}^{\mathrm{4}}\mathrm{H}\mathrm{e}\to {}_{\mathrm{1}\mathrm{6}}^{\mathrm{3}\mathrm{2}}\mathrm{S}+\gamma +Q$, Q = 6,95 МeV

${}_{\mathrm{1}\mathrm{6}}^{\mathrm{3}\mathrm{2}}\mathrm{S}+{}_{\mathrm{2}}^{\mathrm{4}}\mathrm{H}\mathrm{e}\to {}_{\mathrm{1}\mathrm{8}}^{\mathrm{3}\mathrm{6}}\mathrm{A}\mathrm{r}+\gamma$

${}_{\mathrm{1}\mathrm{8}}^{\mathrm{3}\mathrm{6}}\mathrm{A}\mathrm{r}+{}_{\mathrm{2}}^{\mathrm{4}}\mathrm{H}\mathrm{e}\to {}_{\mathrm{2}\mathrm{0}}^{\mathrm{4}\mathrm{0}}\mathrm{C}\mathrm{a}+\gamma$

${}_{\mathrm{2}\mathrm{0}}^{\mathrm{4}\mathrm{0}}\mathrm{C}\mathrm{a}+{}_{\mathrm{2}}^{\mathrm{4}}\mathrm{H}\mathrm{e}\to {}_{\mathrm{2}\mathrm{2}}^{\mathrm{4}\mathrm{4}}\mathrm{T}\mathrm{i}+\gamma$

${}_{\mathrm{2}\mathrm{2}}^{\mathrm{4}\mathrm{4}}\mathrm{T}\mathrm{i}+{}_{\mathrm{2}}^{\mathrm{4}}\mathrm{H}\mathrm{e}\to {}_{\mathrm{2}\mathrm{4}}^{\mathrm{4}\mathrm{8}}\mathrm{C}\mathrm{r}+\gamma$

${}_{\mathrm{2}\mathrm{4}}^{\mathrm{4}\mathrm{8}}\mathrm{C}\mathrm{r}+{}_{\mathrm{2}}^{\mathrm{4}}\mathrm{H}\mathrm{e}\to {}_{\mathrm{2}\mathrm{6}}^{\mathrm{5}\mathrm{2}}\mathrm{F}\mathrm{e}+\gamma$

${}_{\mathrm{2}\mathrm{6}}^{\mathrm{5}\mathrm{2}}\mathrm{F}\mathrm{e}+{}_{\mathrm{2}}^{\mathrm{4}}\mathrm{H}\mathrm{e}\to {}_{\mathrm{2}\mathrm{8}}^{\mathrm{5}\mathrm{6}}\mathrm{N}\mathrm{i}+\gamma$

Tutte queste reazioni avvengono con frequenza molto bassa e quindi non contribuiscono in maniera significativa alla produzione di energia della stella; le reazioni che potrebbero produrre elementi più pesanti del neon (numero atomico > 20) avvengono con frequenza ancora più bassa, a causa dell'aumento della forza di repulsione elettrostatica.

Elementi da processo alfa

Vengono definiti "elementi da processo alfa" (o "elementi alfa") quelli i cui isotopi più abbondanti hanno una massa atomica che è multiplo intero di quattro, la massa del nucleo dell'elio, detto anche particella α. Gli elementi alfa con numero atomico ≤ 22 sono: C, N, O, Ne, Mg, Si, S, Ar, Ca e Ti. Vengono sintetizzati attraverso la cattura alfa prima che si inneschi il processo di fusione del silicio, un precursore di supernova di tipo II. Il calcio e il silicio risultano unicamente da processo alfa, mentre il magnesio può originarsi anche da cattura protonica. L'ossigeno è un elemento alfa nelle stelle a bassa metallicità di popolazione II. Viene prodotto anche nelle supernove di tipo II e il suo accrescimento è ben correlato con l'aumento di altri elementi risultanti da processo alfa. Il carbonio e l'azoto vengono a volte inclusi tra gli elementi alfa in quanto sono sintetizzati nelle reazioni di cattura alfa.