Termonukleární reakce
6. prosince začíná nová soutěž pro všechny editory naší encyklopedie !
Do pátku 11.1. si zde vytvořte uživatelský účet a udělejte alespoň 30 slušných editací.
Ze všech aktivních editorů vybereme 3 nejlepší (14.1.) a každý dostane špičkové ceny:
První a nejlepší editor dostane odměnu 600 Kč a status privilegovaného RCRedaktora.
Druhý editor dostane odměnu 300 Kč a status privilegovaného RCRedaktora.
Třetí editor dostane odměnu 200 Kč a status privilegovaného RCRedaktora.

Z Multimediaexpo.cz

Přejít na: navigace, hledání
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.

Obsah

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 + T4He + 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

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.

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, mnohem větší než obyčejná štěpná atomová bomba.

Reference

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

Související články

Externí odkazy


Flickr.com nabízí fotografie, obrázky a videa k tématu
Termonukleární reakce
Commons nabízí fotografie, obrázky a videa k tématu
Termonukleární reakce