Le stelle sono in grado di produrre tutti gli elementi chimici ad esclusione dell’idrogeno (la cui creazione richiede le
condizioni fisiche estreme del Big Bang). Prima di parlare di bruciamenti
nucleari, tuttavia, bisogna introdurre il concetto di “plasma”. Quando un atomo si trova a temperature superiori al milione di gradi (condizione tipica degli interni stellari), gli elettroni, che in condizioni terrestri
orbitano attorno al proprio nucleo, possono viaggiare liberamente senza essere intrappolati dai relativi nuclei. Il gas stellare è quindi formato da ioni positivi (i nuclei) e ioni negativi (gli elettroni).
Di conseguenza, diventa “ionizzato” e lo si definisce un “plasma”.
Poiché il Sole è rappresentativo della maggioranza delle stelle che brillano in cielo, lo prendiamo come riferimento per introdurre il concetto di bruciamento termonucleare.
L’energia prodotta nel suo nucleo deriva dalla conversione di 4 atomi di
idrogeno in 1 atomo di elio (al ritmo di circa 4 milioni di tonnellate al secondo). Il primo a teorizzare che l’energia necessaria alle stelle per controbilanciare la forza di gravità provenisse dal bruciamento
termonucleare dell’idrogeno fu Sir Arthur Eddington nel 1920. Durante questo processo
si producono altri due tipi di particelle nucleari: i positroni (simili agli
elettroni, ma con carica positiva) ed i neutrini (particelle particolarmente "fuggevoli", poiché non
interagiscono praticamente con nulla, e decisamente numerose, siccome in miliardi attraversano una superficie grande come un'unghia ogni secondo).
Il processo di trasformazione di H in He
avviene attraverso tre fasi successive (si veda Figura 4).
Durante la prima, due nuclei di idrogeno si fondono, producendo un nucleo di deuterio (formato da 1 protone ed 1 neutrone). Durante questo processo uno dei due protoni si è dunque trasformato
in un neutrone. E’ avvenuto
quello che in gergo si definisce “decadimento ß”, ossia un processo che vede come protagonista principale la forza nucleare debole. A sua volta, il
deuterio cattura un protone e forma un nucleo di 3He (2 protoni ed 1 neutrone). Infine, due nuclei di 3He si fondono, producendo un nucleo
di 4He (costituito da 2 protoni e 2 neutroni) e rilasciando due protoni. La massa del nucleo di
elio, però, è minore della somma delle masse dei 4 nuclei di idrogeno. La differenza di massa si è tramutata in energia, secondo la ben nota equazione
di Einstein E=mc2 (in sintesi
esprime il fatto che massa ed energia non sono altro che le due facce della stessa medaglia).
Da ben 4.6 miliardi di anni il Sole produce energia con una potenza di
4 miliardi di miliardi di miliardi di watt.