Tudás nukleáris
Nukleáris fúzió
Egy olyan nukleáris folyamat, amelyben könnyű atomok összecsapásával energia keletkezik. Ez az ellentétes reakciója a maghasadásnak, ahol nehéz izotópok hasadnak szét. A fúzió az a folyamat, amellyel a Nap és más csillagok fényt és hőt termelnek.
A Földön a legegyszerűbben a hidrogén két izotópjának, a deutériumnak és a tríciumnak az egyesítésével érhető el. A hidrogén a legkönnyebb az összes elem közül, mivel egyetlen protonból és egy elektronból áll. A deutériumnak van egy plusz neutronja az atommagjában; ez helyettesítheti a H20-ban lévő egyik hidrogénatomot, így létrehozva az úgynevezett “nehézvizet”. A tríciumnak két extra neutronja van, ezért háromszor olyan nehéz, mint a hidrogén. Egy fúziós ciklusban a trícium és a deutérium egyesül, és a periódusos rendszer következő legnehezebb elemének, a héliumnak a keletkezését és egy szabad neutron felszabadulását eredményezi.
A deutérium a közönséges tengervízben egy a 6500-ból egy részre található, ezért globálisan elérhető, kiküszöbölve az üzemanyagforrások egyenlőtlen földrajzi eloszlásának problémáját. Ez azt jelenti, hogy addig lesz üzemanyag a fúzióhoz, amíg van víz a bolygón.
TUDTAD?
A németországi Greifswaldban működő Max Planck Plazmafizikai Intézet tudósai bebizonyították, hogy a Wendelstein 7-X sztellarátor nevű gép segítségével a hidrogénatomokat 80 millió Celsius-fokos plazmává lehet túlhevíteni. A plazma képezi az alapját a magfúziónak, amelyben a hidrogénatomok összeütköznek, és magjaik héliumatomokká olvadnak össze – ez a folyamat energiát bocsát ki, és hasonló ahhoz, ami a mi Napunkban történik.
Mi a fúziós energia?
Nézzünk meg egy fúziós reakciót. Láthatjuk, hogy ahogy a deutérium és a trícium összeolvad, alkotóelemeik egy héliumatommá és egy gyors neutronná rekombinálódnak. Ahogy a két nehéz izotóp újra összeáll egy héliumatommá, “extra” tömeg marad, ami Einstein képlete szerint a neutron kinetikus energiájává alakul át: E=mc2.
A magfúziós reakcióhoz két atommagot kell olyan közel hozni egymáshoz, hogy a nukleáris erők aktívvá váljanak és összeragasszák az atommagokat. A nukleáris erők kis távolságra ható erők, és az elektrosztatikus erőkkel szemben kell fellépniük, ahol a pozitív töltésű atommagok taszítják egymást. Ez az oka annak, hogy a magfúziós reakciók többnyire nagy sűrűségű, magas hőmérsékletű környezetben játszódnak le.
Nagyon magas hőmérsékleten az elektronok leválnak az atommagokról, és plazma (ionizált gáz) keletkezik. Ilyen körülmények között a pozitív töltésű atommagokat egymástól távol tartó taszító elektrosztatikus erők legyőzhetők, és a kiválasztott könnyű elemek atommagjai összeolvadhatnak, és más elemeket alkotva fuzionálhatnak. A könnyű elemek magfúziója hatalmas mennyiségű energiát szabadít fel, és ez az alapvető energiatermelő folyamat a csillagokban.
A fúziós kutatások célja, hogy a fúziós ionokat elég magas hőmérsékleten és nyomáson és elég hosszú ideig tartsák a fúzióhoz.
