Termonukleární fúze

Z Multimediaexpo.cz

Schematické znázornění fúze jádra tritia a deuteria

Termonukleární reakce či termojaderná fúze je proces, při kterém dochází ke sloučení atomových jader (jaderné fúzi) za pomoci vysoké teploty či tlaku.

Během termojaderné reakce se uvolňuje velké množství energie, která je ekvivalentem hmotnostního úbytku. Proti slučování jader působí odpudivá coulombova interakce, která například při pokojové teplotě zabraňuje dvěma jádrům s kladnými náboji přiblížit se natolik, aby se uplatnila krátkodosahová jaderná síla. Výška Coulombovy potenciálové bariéry například pro dva protony je asi 400 keV. Možnost jejího překonání roste s energií tepelného pohybu.

Termojaderná fúze v jádru Slunce

Slunce vyzařuje výkon 3,9x10²⁶ Wattů.^[1] Teplota ve středu Slunce je 1,5x10⁷ Kelvinů. Z toho lze triviálně vypočítat, že kinetická teplota (střední kinetická energie) je 1.3 keV a to není dostatečné k fúzi protonů, ke které je potřeba cca 400 keV.^[2] Slunce ale přesto vyzařuje energii vzniklou z termojaderné fúze. Vysvětlením je, že rychlost protonů v protonovém plynu se řídí Maxwellovým rozdělovacím zákonem a tak některé protony mohou mít až o dva i o tři řády vyšší rychlost než je rychlost nejpravděpodobnější. Druhým důvodem je, že i když kinetická energie protonů nižší než výška poteciálové bariéry, mohou ji překonávat pomocí kvantového tunelového jevu.

Proto Slunce vyzařuje relativně pomalu. Pokud by dva výše zmíněné kvantové děje neprobíhaly, byla by průměrná kinetická energie protonů menší než výška potenciálové bariéry a k termojaderné fúzi by nedocházelo vůbec. Pokud by kinetická energie protonů byla naopak vyšší než potenciálová bariéra došlo by během relativně krátké doby k fúzi všech protonů a Slunce by vyhaslo. Oba tyto případy by měly očividně ničivé dopady pro jakýkoliv život na Zemi.

Palivový cyklus deuteria a tritia

Nejjednodušší a nejslibnější reakce použitelná pro jadernou fúzi je tato:

D + T → ⁴He + n

Deuterium je v přírodě běžně se vyskytující izotop vodíku. Tritium je také izotop vodíku, ale vyskytuje se poměrně vzácně, protože jeho poločas rozpadu je 12 let.

Vědecké pokusy

Informace uvedené v tomto článku potřebují aktualizaci.
Prosíme, pomozte vylepšit článek tak, aby obsahoval aktuální stav a všechny nedávné události.

Řízená reakce

Extrémně vysokou teplotu (miliony kelvinů) může snést hmota jen ve formě plazmatu. Navíc žádné těleso není schopno tuto teplotu udržet, vypařilo by se. Proto vyvíjeli v 50. letech 20. století američtí, britští a sovětští vědci přístroj na bázi tak silného magnetismu, aby se plazma nemohla „dotknout“ stěny přístroje. Nejdál došli sovětští vědci, kteří vyvinuli zařízení, známá pod názvem tokamaky. Ty mají 2 magnetická pole, kde jedno z nich je toroidální (tvar pneumatiky, vytváří jej měděná stočená cívka) a druhé je polodiální, generováno elektrickým proudem, který teče plazmatem. Tato pole se sčítají a vytvářejí magnetické šroubovice.

Plazma se však nedaří udržet dostatečně dlouho v magnetickém poli, snaží se z magnetického pole uniknout. Plazma přestává být také stabilní, když vzroste elektrický proud nebo hustota nad mezní hodnotu, pak náhle vyhasne. Tomuto jevu se říká disrupce.

Jinou teoretickou cestou fúze je inerciální udržení. Vychází ze stejného principu jako vodíková bomba, palivo je zahřáto tak rychle, že dosáhne podmínek k zapálení fúze. Množství paliva je však mnohem menší než v případě vodíkové bomby.

Pulsní fúze

Termonukleární fůze by však mohla být také pohonem mezihvězdných letů. Tehdy by se směs deuteria a tritia zapálila elektronovým paprskem a jak by se směs rozpínala, "nakopla" by raketu ve vesmírném vakuu dopředu.

Neřízená reakce

Zažehnutí neřízených reakcí už bylo dosaženo ve zbrojním průmyslu. Jedná se o termonukleární zbraně. Tyto zbraně mají díky obrovskému množství uvolněné energie velmi devastující účinky, řádově tisíckrát větší než obyčejná štěpná atomová bomba.

Reference

↑ http://nssdc.gsfc.nasa.gov/planetary/factsheet/sunfact.html
↑ MACHALA, Dalibor. Cvičení z atomové a jaderné fyziky. Olomouc : Univerzita Palackého v Olomouci, 2006. ISBN 80-244-1269-1. Kapitola Termojaderná fúze, s. 65. (česky)

Související články

Externí odkazy

Commons nabízí fotografie, obrázky a videa k tématu
Termonukleární fúze

Náklady na energie a provoz naší encyklopedie prudce vzrostly. Potřebujeme vaši podporu... Kolik ?? To je na Vás. Náš FIO účet — 2500575897 / 2010
Informace o článku. Článek je převzat z Wikipedie, otevřené encyklopedie, do které přispívají dobrovolníci z celého světa. Tento text je dostupný za podmínek Creative Commons 3.0 Unported – creativecommons.org. Originální článek na české Wikipedii

[0] ttp://nssdc.gsfc.nasa.gov/planetary/factsheet/sunfact.html

[1] MACHALA, Dalibor. Cvičení z atomové a jaderné fyziky. Olomouc : Univerzita Palackého v Olomouci, 2006. ISBN 80-244-1269-1. Kapitola Termojaderná fúze, s. 65. (česky)

[1]

[2]