Tananyag választó:
A fajlagos kötési energia tömegszám függésének értelmezése - magfúzió - Megoldás

Megoldás

1) Mi a magfúzió? A magfúzió
Magfúziónak nevezzük azt a folyamatot, amelyben két atommag egyesüléséből egy harmadik atommag keletkezik.
Ha két atommag fúziójakor a keletkező új atommag tömege kisebb, mint az eredeti magok együttes tömege, akkor a magfúzió lejátszódhat és közben energia szabadul fel. A tömeghiány alakul energiává.
Ha két atommag fúziójakor a keletkező új atommag tömege nagyobb, mint az eredeti magok együttes tömege, a magfúzió lejátszódhat, de ebben az esetben energia befektetésre van szükség. A keletkező tömeggel azonos mennyiségű energiára van szükség.
Azonban mindkét esetben az eredeti atommagokat olyan közel kell juttatni egymáshoz, hogy az erős kölcsönhatás már képes legyen az új magot egyben tartani. Természetesen ehhez további energia bevitelére van szükség.
A fent említett két lehetőség közül az első a valószínűbb.
2) Tömegszám és magfúzió:
A fajlagos kötési energia tömegszám függése alapján láthatjuk, hogy a könnyű atommagban a fajlagos kötési energia kisebb, mint nehezebb magokban. Ha létrejön két könnyű atommag fúziója, akkor a keletkező új magban a fajlagos kötési energia nagyobb. A nukleonok mélyebben kötöttek. Az energiaminimumra való törekvés miatt, egy ilyen folyamat lejátszódhat. Ha végre tudjuk hajtani az atommagok összerakását, energia szabadul fel, amit hasznosíthatunk.
Tekintsük például azt a folyamatot, amelyben deutérium magokból héliummagot hozunk létre.
D12+D12=H24e+energia.
A héliumra a fajlagos kötési energia nagyobb, mint a deutériumra. A két állapot energiája közötti különbség nagy energiájú γ-sugárzás formájában szabadul fel.
A magfúzió valószínűsége 3) Fúzió a természetben, fúziós bomba és erőmű
A Nap:
Elméleti megfontolások és csillagászati megfigyelések alapján azt mondhatjuk, hogy a csillagok belsejében, így a mi Napunk belsejében is magfúzió megy végbe. A csillagok belsejében nagyon nagy anyagsűrűség mellett, nagyon magas hőmérséklet uralkodik, a Nap belsejében körülbelül 20 millió fok. Ilyen körülmények között létrejön a magfúzió, ennek során hélium keletkezik hidrogénből. Nehezebb atommagok a nagy tömegű csillagok "életének" végén beinduló fúziós reakciókban, a nagy tömegszámú atomok szupernóva robbanások alkalmával keletkeznek.
F Magfúzió természetünkben úziós bomba:
A magfúzió gyakorlati alkalmazását először a hidrogénbombában sikerült megvalósítani. A hidrogénbomba belsejében egy hasadásos bombát helyeznek el. Ennek a hasadásos bombának a felrobbantásával hozzák létre a fúzió beindításához szükséges magas hőmérsékletet. A bombában azért könnyebb létrehozni a reakciót, mert a folyamatot nem kell szabályozni és nincs szükség tartályra.
A A fúziós bomba A fúziós bomba A magfúzió gyakorlati alkalmazása fúziós reaktor:
A fúziós reaktorok megvalósítása egyelőre kísérleti stádiumban van. A megépített reaktorokban deutériumból és tríciumból héliumot hoznak létre. Eddig azonban csak a másodperc tört részéig tudták fenntartani a reakciót. Ennek oka az, hogy a fúzió létrejöttéhez az anyagot sok millió fokra kell melegíteni. Ennek a nagyon forró, plazmaállapotú anyagnak a tárolására viszont semmilyen tárolóedény nem áll rendelkezésünkre. A kísérleti fúziós reaktorokban mágneses és elektromos terek segítségével tartják egyben a plazmát. Ha a plazma egy kicsit is kitágul, akkor lehűl, és a reakció leáll. Talán ebben a században sikerül megépíteni az első energiatermelésre használható fúziós reaktort. Ez a reaktor sokkal "tisztább" lenne, mint a maghasadás elvén működő reaktorok. A fúzió során keletkező hélium stabil, nem radioaktív. Mindössze a fúziót kísérő neutronsugárzás következtében keletkezik radioaktív anyag. A reaktor alkotórészei elnyelik a neutronokat és ezáltal keletkezhetnek radioaktív izotópok. Arányaiban ez mégis sokkal kisebb mennyiségű, mint a hasadásos reaktorokban keletkező radioaktív hulladék. Ezért a fúziós reaktort tiszta reaktornak is nevezik. A másik előnye az lenne, hogy a földi vízkészletben korlátlan mennyiségű fűtőanyag áll rendelkezésre, mert minden hétezredik vízmolekulában található deutérium.
A fúziós reaktor


Kapcsolódó információk: