Magfúzió

A Wikipédiából, a szabad enciklopédiából.

Az egy nukleonra jutó kötési energia. Kis tömegszámú atommagok fúziója során az egy nukleonra jutó kötési energia növekszik, ezáltal energia szabadul fel.
Az egy nukleonra jutó kötési energia. Kis tömegszámú atommagok fúziója során az egy nukleonra jutó kötési energia növekszik, ezáltal energia szabadul fel.
A deutérium-trícium (D-T) reakció a legtöbbet ígérő energiatermelés szempontjából.
A deutérium-trícium (D-T) reakció a legtöbbet ígérő energiatermelés szempontjából.

A magfúzió olyan magreakció, ami során két kisebb atommag egyesül egy nagyobbat eredményezve. Ez a folyamat lehet exoterm vagy endoterm, a kiinduló magok atomtömegétől függően. Az elemek közül a vas és a nikkel a legstabilabbak (ők rendelkeznek a legnagyobb fajlagos kötési energiával). Ha a fúzióban résztvevő elemek könnyebbek a vasnál, akkor a folyamat energiafölszabadulással jár, ellenkező esetben energiát kell befektetni.

Ez a folyamat játszódik le a csillagokban és a hidrogénbomba robbanásakor. A vasnál nehezebb elemek fúziója (endoterm voltukból kifolyólag) szélsőséges feltételeket követel, mint például a szupernóva robbanás. A természetben található elemek mind csillagokban és szupernóva robbanás közben jöttek létre.

Az atommagot az erős kölcsönhatás tartja össze, ami nukleonok között hat, nagyon rövid távolságon (10-15 m). Az atommagok nagyobb távolságokon viszont taszítják egymást, mert töltésük pozitív. Így kialakul egy potenciálgát, ami a D-T (deutérium-trícium) esetében 0,1 MeV. Hogy a fúzió megtörténjen, az atommagoknak le kell győzniük a potenciálgátat. Ezt megtehetik a plazmában, amit termonukleáris fúziónak neveznek, és a későbbiekben is erről lesz szó.

Ha átszámoljuk a 0,1 MeV-ot hőmérsékletre, akkor 109 kelvint kapunk, ami nagyon magas hőmérséklet (főleg, ha tudjuk, hogy egyik fém se nagyon bírja a 3000 kelvinnél magasabb hőmérsékletet). Ezen segít két effektus:

  1. a Maxwell-féle sebességeloszlás szerint a sokkal alacsonyabb hőmérsékletű plazmában is vannak nagy megfelelő energiájú atomok (csak kevés)
  2. az alagúteffektus megengedi, hogy a kisebb energiájú atommagok is átjussanak a potenciálgáton

Ez a két effektus sem csökkenti a kívánt hőmérsékletet emberibb értékekre. Ezért a plazmát össze kell nyomni, hogy a hőmérséklete megnőjön. Ezt három módon lehet elérni:

  1. gravitációs – amikor a gáz a saját súlya alatt nyomódik össze. Ehhez azonban nagy mennyiségű gáz kell, így ez csak a csillagokban jelentkezik
  2. mágneses – a plazmában szabad pozitív és negatív ionok találhatók, tehát hatnak rá a mágneses erők. Ezt használják ki a tokamak és a stellator berendezések
  3. inerciális – ha hirtelen sok energiát közlünk a gázzal (pl. lézer segítségével), akkor a gáznak nem lesz ideje kitágulni, így a hőmérséklete fog emelkedni a kívánt érték fölé.

Ahhoz, hogy egy fúziós reakció energiatermelés szempontjából érdekes legyen, a következő feltételeket kell teljesítenie:

  • legyen exoterm
  • kicsi legyen a protonok száma (kevésbé taszítják egymást az atommagok) – tehát a legkönnyebb elemek között kell keresni
  • két kiindulási anyag legyen
  • két reakciótermék legyen (az energia- és impulzusmegmaradás miatt)

Ezek alapján a lehetséges reakciókat a következő táblázat foglalja össze:

(1) D + T →   4He (3,5 MeV) +   n (14,1 MeV)  
(2) D + D →   T (1,01 MeV) +   p (3,02 MeV)         50%
(3)       →   3He (0,82 MeV) +   n (2,45 MeV)         50%
(4) D + 3He →   4He (3,6 MeV) +   p (14,7 MeV)
(5) T + T →   4He   + 2  n + 11,3 MeV
(6) 3He + 3He →   4He   + 2  p + 12,9 MeV
(7) 3He + T →   4He   +   p   + n + 12,1 MeV   51%
(8)       →   4He (4,8 MeV) +   D (9,5 MeV)         43%
(9)       →   4He (0,5 MeV) +   n (1,9 MeV) + p (11.9 MeV)   6%
(10) D + 6Li → 2  4He + 22,4 MeV
(11) p + 6Li →   4He (1,7 MeV) +   3He (2,3 MeV)
(12) 3He + 6Li → 2  4He   +   p + 16,9 MeV
(13) p + 11B → 3  4He + 8,7 MeV

A p a közönséges hidrogént, a D a deutériumot, a T pedig a tríciumot jelöli.

A lap eredeti címe: „http://hu.wikipedia.org/wiki/Magf%C3%BAzi%C3%B3”
Személyes eszközök