Risonanza

Nel nostro blog tutti avranno notato l’importanza che viene attribuita ai grafici delle sezioni d’urto o funzioni di eccitazione nello studio delle reazioni nucleari. Siccome alcuni amici hanno mostrato un particolare interesse per queste importanti grandezze, vale la pena portare un semplice esempio delle informazioni che le funzioni di eccitazione forniscono allo sperimentatore.
La prima reazione nucleare ottenuta in laboratorio per mezzo di particelle accelerate è proprio quella presa in considerazione da Ikegami, la 7Li + p. La reazione fu ottenuta nel 1932 bombardando litio metallico con protoni accelerati a pochi MeV con un Cockcroft Walton.
La reazione si sviluppa secondo tre direttive distinte:

1. 7Li + p → 8Be* → 8Be + γ
2.                            → 7Be + n
3.                            → 2 4He

Il bilancio energetico di ogni reazione è facilmente calcolato facendo la differenza tra le masse dei prodotti di reazione e quelle dei reattivi. A una differenza negativa corrisponde una reazione esoergica, il contrario per una differenza positiva. Suggerisco di usare i dati reperibili in questo sito:
http://atom.kaeri.re.kr/
A conti fatti si trova:

1. Q = 17,2 MeV
2. Q = -1,64 MeV
3. Q = 17,4 MeV

A prima vista sembra che le reazioni 1 e 3 possano avvenire a qualsiasi energia di collisione dei nuclei, dal momento che sono favorite dalla diminuzione di energia libera.
Invece non è così, perché la formazione dei prodotti di reazione è preceduta dalla formazione del complesso attivato 8Be*, il cui contenuto di energia è precisamente descritto dalla funzione di eccitazione, che dobbiamo avere a disposizione, perché è il solo strumento che descrive i meccanismi di reazione.
Se si considera la reazione 1, si nota un massimo della sua funzione di eccitazione per un’energia cinetica del protone di 0,44 MeV. Ciò significa che un primo livello energetico di 8Be* si trova a 17,2 + 0,44 = 17,6 MeV.
Un altro picco della funzione di eccitazione si trova quando l’energia cinetica del protone raggiunge 2,21 MeV. Stesse considerazioni per l’altra reazione che, pur essendo endoergica, può avvenire se viene fornita al protone l’energia cinetica necessaria per raggiungere il terzo livello eccitato di 8Be* che si colloca a 19,9 MeV.
Quando l’energia del protone corrisponde a quelle dei picchi riportati in diagramma, si ha una situazione definita di “risonanza”, che definisce l’energia cinetica esatta del protone per raggiungere i tre livelli energetici quantizzati del complesso attivato 8Be*.
Questa descrizione vale per tutte le reazioni nucleari. Essa spiega bene l’errore in cui sono incorsi Piantelli e Focardi: hanno solo calcolato le grandezze Q, senza considerare che qualsiasi reazione nucleare deve passare attraverso un complesso attivato che ha un contenuto energetico sempre superiore sia a quello dei reattivi sia a quello dei prodotti di reazione. Piantelli e Focardi hanno ignorato l’esistenza del complesso attivato, uno stato metastabile che richiede la somministrazione di energia indicata con precisione dalla funzione di eccitazione.
La reazione è studiatissima e ancora oggi utilizzata per produrre gamma da 17 MeV e neutroni monocinetici.

Questa nota modesta dovrebbe aiutare a capire che praticamente tutto quello che serve sapere su una reazione nucleare è disponibile nelle banche dati e che non si può prescindere dalle conoscenze acquisite e consolidate. Qualsiasi lavoro sulle reazioni nucleari deve partire da una lunga e accurata consultazione delle banche dati.
Dobbiamo queste informazioni ai fisici, perché i chimici non dispongono di acceleratori di particelle. Il grafico sotto riportato può essere ottenuto solo in una struttura di fisica nucleare. I chimici sono solo degli utenti.
Scopo di questo post è di mettere in evidenza l’importanza del complesso attivato per qualsiasi reazione nucleare. Solo chi crede possibili le LENR non ne fa uso. Le LENR hanno cancellato il complesso attivato, con i risultati che vediamo. Ho pensato che solo un esempio numerico poteva convincere chi ancora crede nell’esistenza delle LENR.