La fusione che avviene nel nucleo del Sole non ha niente a che vedere con le condizioni a cui potresti pensare in una bomba o in un reattore a fusione. In particolare, si verifica a temperature molto più basse e a un ritmo molto più basso. Un metro cubo di materiale nel nucleo solare rilascia solo circa 250 W di potenza per fusione.

La velocità di fusione è impostata dalla temperatura (e, in misura minore, dalla densità) del nucleo. Questo a sua volta è determinato dalla necessità di un gradiente di pressione per bilanciare il peso del materiale che lo preme dall'alto. A 15 milioni di kelvin (la temperatura interna, che è molto più bassa delle temperature nelle bombe nucleari o nei reattori a fusione), il protone medio ha una durata di diversi miliardi di anni prima di essere convertito (con altri tre) in un nucleo di elio. Ci sono due ragioni per cui è lento. Per prima cosa, devi ottenere protoni, che si respingono elettromagneticamente, abbastanza vicini tra loro da sentire la forte forza nucleare. Ecco perché sono necessarie temperature elevate. In secondo luogo, poiché il diprotone è instabile, uno dei protoni deve trasformarsi in un neutrone tramite un'interazione di forza debole, mentre è nello stato di diprotone instabile, per formare un nucleo di deuterio. Questo è solo intrinsecamente improbabile e significa che la catena di reazione complessiva all'elio è molto lenta.

Il motivo per cui non c'è un'esplosione simile a una bomba è perché non vi è alcun problema a spostare 250 W per metro cubo dal nucleo, nello stesso modo in cui un mucchio di compost, che genera all'incirca la stessa densità di potenza, non lo fa spontaneamente esplodere. Nel caso di una stella qualsiasi calore aggiuntivo va in più radiazione che si diffonde e nel lavoro svolto per espandere la stella. Di conseguenza, la temperatura del nucleo è stabile. Alla fine, qualsiasi energia aggiuntiva emerge come luce solare nella fotosfera solare.

Se per qualche motivo, l'opacità alla radiazione nel nucleo aumentasse, la temperatura aumenterebbe e più energia sarebbe generata dalla fusione.Questo è esattamente ciò che accade nel nucleo quando più idrogeno viene trasformato in elio;la temperatura interna e la luminosità aumentano, ma lentamente, su scale temporali di miliardi di anni.

Se la fusione procedesse più velocemente, il nucleo diventerebbe più caldo, si espanderebbe e diventerebbe meno denso e, con minore densità, la fusione rallenterebbe.

La sequenza principale in stelle come il Sole procede molto più lentamente rispetto ad altre fasi.Questo perché la reazione a catena p-p inizia con la fusione di due protoni per formare un diprotone, o elio-2.Il diprotone è instabile e di solito decade immediatamente due protoni, ma Bethe si rese conto che in rare occasioni decade per una debole reazione, rilasciando un neutrino e un positrone per formare un nucleo di deuterio, idrogeno- 2. Poiché questo secondo processo è così raro, limita il tasso di fusione stellare in modo tale le stelle trascorrono la maggior parte della loro vita nella sequenza principale

La fusione nelle stelle richiede pressioni e temperature enormi.

Qualsiasi corpo, comprese le stelle, è soggetto al proprio campo gravitazionale. In qualsiasi punto all'interno di un corpo sfericamente simmetrico (che la maggior parte delle stelle si avvicina bene) la forza gravitazionale sarà dovuta a tutta la massa "sotto" quel punto - tra quel punto e il centro. Quella forza gravitazionale punta ovviamente verso l'interno.

Tuttavia, tutta la massa al di fuori di quel raggio viene anche tirata verso l'interno ed esercita una pressione sul materiale sottostante. Ciò si aggiunge alla forza gravitazionale del materiale all'interno.

Esistono quindi enormi pressioni al centro. Man mano che la pressione aumenta, le condizioni per la fusione diventano sempre più probabili. Quando avviene la fusione, la regione centrale che può consentire la fusione viene mantenuta contenuta dalla pressione del materiale all'esterno di tale nucleo, che non può fondersi. Nota che la fusione non avviene ovunque nella stella, solo in quella regione centrale che ha raggiunto pressioni abbastanza elevate.

L'energia generata dalla fusione mantiene tutto caldo (semplicisticamente) e le cose calde come espandersi e produrre una pressione verso l'esterno. È la pressione verso l'esterno proveniente dalla fusione dell'energia termica del nucleo (che viene fatta passare per radiazione e convezione attraverso la stella e infine all'esterno della stella come luce) che impedisce il collasso gravitazionale del nucleo a causa della forza di tutto ciò che preme "verso il basso" su di esso.

Quindi è la forza gravitazionale che il corpo esercita su se stesso che gli impedisce di "esplodere" perché provoca la fusione che genera calore che spinge contro il collasso.

Perché la fusione nucleare sta avvenendo lentamente?

Lento è un termine relativo, ma la velocità di fusione è determinata dalla pressione e dalla temperatura all'interno della stella.Stranamente, le stelle più piccole tendono a vivere più a lungo.Ciò, molto semplicisticamente, è dovuto al fatto che le pressioni al nucleo sono relativamente basse e la quantità di fusione che può essere mantenuta da essa e la dimensione del nucleo di fusione sono corrispondentemente piccole.Le stelle più grandi hanno più pressione e nuclei più grandi e possono bruciare in tempi relativamente brevi.Le ragioni dettagliate dietro la vita delle stelle sono un po 'più complesse.Se vuoi saperne di più su questo ti suggerisco di leggere ad es.Le pagine di Wikipedia sulle stelle nane rosse e sulla nucleosintesi stellare.

Le stelle vivono la maggior parte della loro vita (vedi sequenza principale) in un equilibrio dinamico.Se il nucleo si surriscalda a causa dell'aumentata produzione di calore, la stella si espande e la velocità di fusione diminuisce.

Nella maggior parte dei casi, anche l'equilibrio è abbastanza stabile e la stella non oscilla la sua produzione di calore.Ebbene, alcune stelle oscilla la loro luminosità, ma ciò accade principalmente al di fuori del nucleo (vedi ad es. Cepheide).

L'equilibrio a volte si perde (vedi es. supernova) e vediamo una vera esplosione nucleare "subito".Bene, per un oggetto così grande non accade nulla "in una volta", il processo richiede minuti o ore, ma è comunque piuttosto veloce rispetto alla durata della stella.

p.s.infatti, le stelle iniziano a brillare anche prima di avviare il reattore nucleare nei loro nuclei.La prima luce proviene dal collasso gravitazionale della nuvola di gas iniziale.Il calore extra dalle reazioni nucleari ferma il collasso per un po '(pochi milioni o miliardi di anni).

Un'esplosione richiede sempre un processo di autoaccelerazione . Se incendi un mucchio di combustibile convenzionale, questo non esploderà: consumerà rapidamente tutto l'ossigeno nell'aria circostante e il processo rallenterà in attesa che sia disponibile più ossigeno. Se vuoi creare un esplosivo, avrai bisogno di un ossidante: una sostanza che rilascia ossigeno tipicamente in risposta alla temperatura. In questo modo, il calore del fuoco rilascerà più ossigeno che creerà più fuoco, ecc.

Una reazione termonucleare è accelerata dalla densità. In una bomba all'idrogeno, l'autoaccelerazione si ottiene avviando la reazione intorno ad una massa di idrogeno, in modo che l'onda d'urto dell'idrogeno già consumato comprime il resto del carico, che a sua volta inizia a fondersi, creando ancora più pressione.

In una stella, la reazione termonucleare avviene nel nucleo , quindi il calore che crea allontana il resto della materia, riducendo la densità e rallentando la reazione. Il sistema raggiunge quindi l'equilibrio in cui qualsiasi cambiamento di densità è neutralizzato dal sistema stesso.

Stai chiedendo perché la fusione è un processo lento.

Per capire questo è molto importante vedere che la fusione stessa significa che due protoni nel nucleo, separati dalle forze di Coulomb, devono superare questa repulsione.E uno dei protoni deve invertire il decadimento beta in un neutrone (nucleo di deuterio).

https://astronomy.stackexchange.com/questions/30035/why-doesnt-the-fusion-process-of-the-sun-speed-up

È tutto QM e probabilità, e la probabilità è 1 su 3 × 10 ^ 29 collisioni.

Due protoni all'interno del Sole si fondono.Il più delle volte la coppia si rompe di nuovo, ma a volte uno dei protoni si trasforma in un neutrone tramite la debole forza nucleare.Insieme alla trasformazione in neutrone, si formano un positrone e un neutrino.Questa risultante coppia protone-neutrone che si forma a volte è nota come deuterio.

https://energyeducation.ca/encyclopedia/Nuclear_fusion_in_the_Sun

La compressione gravitazionale di molte "cose" in qualcosa di grande come il Sole è più forte della spinta dalla fusione che avviene al suo interno.Anche se "esplode" quando la sua gravità non è abbastanza forte da impedire al nucleo di spingere fuori gli strati esterni nel momento in cui la fusione rende l'elemento ferro (per la maggior parte delle stelle questo accade) portando gli strati esterni a essere persi come la tua pelle elasciando un nucleo pesante e carnoso OPPURE potrebbe "scricchiolare" se la gravità batte la pressione (il risultato può essere una stella di neutroni, una stella originale più leggera o un buco nero, una stella originale più pesante.

C'è qualcosa che "rallenta la fusione" in realtà: pressione di radiazione.L'idea è che la fusione nucleare crea nucleoni, energia, ecc. E anche luce.La luce esercita una pressione, è molto piccola nella vita di tutti i giorni.Per le stelle molto massicce, tuttavia, la pressione di radiazione diventa importante ed è il motivo per cui la gravità non fa collassare la stella.

La pressione di radiazione stabilisce un limite massimo per la massa di una stella, perché se la stella diventasse molto più grande si esploderebbe in due in modo simile all'esplosione a cui stai pensando.Questo limite è noto come limite di Eddington.

Tuttavia, per la maggior parte delle stelle, la pressione delle radiazioni non è sufficiente per farla saltare in aria e le stelle non esplodono.