Magfúzió

A Wikipédiából, a szabad lexikonból.

A deutérium-trícium (D-T) reakció a legtöbbet ígérő energiatermelés szempontjából.

A magfúzió 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 kötési energával). Ha a fúzióban résztvevő elemek könnyebbek a vastól, akkor a folyamat energiafölszabadulással jár, ellenkező esetben energiát kell befektetni.

Ez a folyamat játszódik le a csillagokban és a hidrogénbomba robbanásakor. A vastól 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. Egyesek szerint létzeik hidegfúzió is.

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 megnőjjön. 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. inerciós – 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:

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