JEDRSKA FUZIJA

Prof.dr. Božidar Šarler 2007/2008

ENERGETIKA IN ENERGETSKE NAPRAVEJEDRSKA ENERGETIKA

JEDRSKA FUZIJA



VEZALNA ENERGIJA NA NUKLEON (PROTON ALI NEVTRON)

average binding energy per nucleon: povprečna vezalna energija na nukleonnumber of nucleons in nucleus: število nukleonov v jedru

razcep jeder, fisijazlivanje jeder, fuzija

Tako pri razcepu kot tudi pri zlivanju jeder sevezalna energija na nukleon (proton ali nevtron)poveča. Ker je vezalna energija negativna, se razlikasprosti v obliki kinetične energije. Ta pa se potem pretvori v toploto.

devterij

tritij

helij



ZLIVANJE JEDER - FUZIJA

Jedrska fuzija je proces zlivanja dveh lažjih atomskih jeder v težje.

Zlivanje jeder je proces, ki poganja zvezde, vključno z našim soncem.

Je izvor skoraj celotne energije, ki uravnava našo klimo in živa bitja.

V centru interesa je zlivanje devterija (atoma vodika z jedrom, sestavljenim iz protona in nevtrona) in tritija (atoma vodika z jedrom,sestavljenim iz protona in dveh nevtronov).

2 3 41 1 2H+ H He+n

Rezultat je helijevo jedro.

Devterij je prisoten v naravi. Majhne količine v navadni vodi.

Tritij ni prisoten v naravi. Emitira delce beta z razpolovno dobo 12 let.



Tritij lahko pridobivamo z drugo jedrsko reakcijo D - D:

2 2 1 31 1 1 1H+ H H+ H

Edina naprava, ki je do sedaj sproščala energijo na podlagi fuzije je bilavodikova bomba.

Pri vodikovi bombi imamo D - T (devterij-tritij) sredico, ki jo obdaja fisijskabomba. Ko ta eksplodira, vzpostavi pogoje za fuzijo (dovolj močno stisne D in T).

ZLIVANJE JEDER - FUZIJA



FUZIJSKI REAKTORJI

Raziskave fuzije trajajo že petdeset let.

Jedri se morata približati z veliko hitrostjo. (Zato možna zaenkrat le bomba)

Termonuklearni način: delec pridobi hitrost na podlagi temperature.

D-T fuzija (Devterij-Tritij) potrebuje visoko gostoto delcev pri temperaturi nekaj milijonov stopinj.

D-D fuzija (Devterij-Devterij) potrebuje visoko gostoto delcev pri temperaturinakaj 10 milijonov stopinj.

V prvem, še bolj pa v drugem primeru, je problem posoda za tako vročo plazmo.

Tritij lahko v današnjem času proizvajajo samo z obstreljevenjem litija z nevtroni.



FUZIJSKI REAKTORJI

Vročo plazmo lahko zadržujemo samo z magnetnimi kontejnerji.

1950 razvijeta Andrej Saharov in Igor Tamm tokamak (delci se gibljejo po torusu).

Tokamak dandanes uporabljajo v:

JET (Joint European Torus) v Culhamu, Velika Britanija.

TFTR (Tokamak Fusion Test Reactor) v Princetonu, ZDA.

V obeh je že potekala fuzija v izjemno kratkih časih. Proizvedena energija je bilamanjša kot potrebna energija za vzpostavitev procesa.

Lawrence Liwermore Laboratorij, Kalifornija, ZDA:V njem potekajo poskusi s fuzijo na podlagi obsevanja mešanice D - T z močnimi laserji.

Fuzijo v komercialne namene pričakujemo šele čez 50 let. Ta rok se venomer prestavlja!



FUZIJSKI REAKTORJI

Vodo bodo greli z nevtronskim fluksom, ne pa z direktnim stikom s plazmo.

Nekateri so mnenja, da je fuzijska tehnologija ireleventna za današnje perečeklimatske probleme, ki jih je potrebno začeti reševati nemudoma!



field coil: navitje za poljedirection of magnetic field: smer magnetnega poljatorus: svitek

PRINCIP DELOVANJA TOKAMAKA



Andrej Saharov (1921-1989). Tudi izumitelj vodikove bombe. Nekaj dni predsmrtjo napiše osnutek nove ustave Rusije.

IZUMITELJ TOKAMAKA



JOINT EUROPEAN TORUS

IZGLED NOTRANJOSTI SVITKA TOKAMAKA V CULHAMU



TOKAMAK FUSION TEST REACTOR, PRINCETON



LAWRENCE LIVERMORE NATIONAL LABORATORY, ZDA

EKSPERIMENTALNA NAPRAVA ZA FUZIJO



Documents

JEDRSKA FUZIJA