A magfúzió

A magfúzió

A magfúzió lényege

A magfúzió során két kisebb atommag (például ²H - Deutérium és ³H - Trícium) egyesül, és egy nagyobb atommagot (Deutérium - Trícium esetén Hélium) és Neutront hoznak létre. Az új atommag  és a Neutron tömegének összege kisebb lesz, mint a kezdeti atommagok tömegének összessé 727c28h ge. Hogyan lehetséges ez? Einstein relativitáselméletéből tudjuk, hogy ez energia-felszabadulásra utal. A folyamat lejátszódásakor nagyon sok energia szabadul fel.

Magfúzió játszódik le a csillagokban, illetve a hidrogénbomba felrobbanásakor. A cél a folyamat szabályozott lejátszódása, így reaktorokban energiatermelésre lehetne használni.

A deutérium (nehézvíz), a tengervizekben bőségesen áll rendelkezésre a trícium, pedig terméskövekből nyerhető ki. A két összetevő nagyjából kétmillió évre biztosítaná az emberiség energiaigényeit, míg a számítások szerint az atomreaktorokat mindössze pár száz évig lehet még táplálni.

Nehézségek

Mivel mindkét atommag pozitív elektromos töltéssel rendelkezik, a fúziós reakció létrejöttéhez le kell győzni a Coulomb taszítást. A magok kis mérete miatt ehhez meglehetősen nagy energiával (néhányszor 10 keV) kell a részecskéknek ütközniük. Ez megvalósítható gyorsítóban, ahol a nukleáris reakciót részletesen vizsgálták így tudjuk, hogy fúzió csak nagyon kis valószínűséggel következik be, mivel az ütközések nagy részében a két részecskét oldalirányban ellöki egymástól az elektrosztatikus taszításuk. Ennek megfelelően ha egy céltárgyra gyorsítóval lőtt nyalábbal akarnánk energiát termelni, akkor a nyaláb energia nagyobb része végül hőenergiává alakul és nem a fúzió beindítására. Energiát tehát csak akkor lehet termelni, ha gyors (forró) részecskéket olyan hosszú ideig tartunk együtt összezárva, hogy elég nagy esélye legyen a reakció létrejöttének. Ilyen magas hőmérsékletnél (100 millió °C!) már a részecskék mozgási energiája lényegesen nagyobb mint az atomi kötések energiája, így az ütközésekben az atommagokról leszakadnak az elektronok. Ez az ún. plazmaállapot.

A plazmaállapot megtartása rendkívül nehéz feladat, mivel nincs olyan szilárd anyag, ami kibírna ilyen magas hőmérsékletet, így egy hagyományos "tárolóedényben" lehetetlen létrehozni ezt az állapotot.

A megoldás

A tárolóedény problémájának megoldására több elmélet és kísérlet is készült már (mikrorobbanások, Z-berendezés stb.). Közülük a legígéretesebb az ún. Tokamak, amely elektromágnes segítségével tartja össze a plazmát, ami így gyakorlatilag a gyűrű alakú tárolóedényen belül lebeg..       

Az eddigi csúcstartó Tokamak a dél-franciaországi Tore Supre, amiben 2,8 MW teljesítmény befektetésével négy perc huszonöt másodpercen keresztül sikerült plazmaállapotot fenntartani.

Egy reaktor megépítéséhez ez korántsem elegendő, de bizonyos, hogy a jövő (egyik) meghatározó energiaforrása a magfúzió lesz.