Fuziunea Nucleara

In Glogpedia

by cristinabusu
Last updated 5 years ago

Discipline:
Science
Subject:
Physics
Grade:
12

Toggle fullscreen Print glog
Fuziunea Nucleara

Fuziunea nucleară

Energia produsă în interiorul Soarelui şi al altor stele apare în urma reacţiilor de fuziune nucleară. În cazul fuziunii nucleare doi atomi (de obicei izotopi de hidrogen) se unesc dând naştere unuia nou, mai greu (heliu), iar în cadrul acestui proces este eliberată o cantitate uriaşă de energie. În momentul in care doi atomi mai uşori fuzionează dând naştere unuia mai greu, mai masiv, atomul rezultant are masa mai mică decât suma maselor celor doi atomi care i-au dat naştere. Conform ecuaţiei lui Einstein, E=mc2, care exprimă echivalenţa masă-energie, şi asemenea cazului fisiunii nucleare, masa lipsă se transformă în energie în cadrul procesului de fuziune nucleară.Din cauză că nucleele participante în fuziune sunt încărcate electric, reacţia de fuziune nucleară poate avea loc numai atunci când cele două nuclee au energie cinetică suficientă pentru a învinge potenţialul electric (forţele de respingere electrică) şi prin urmare se apropie suficient pentru ca forţele nucleare (care au rază de acţiune limitată) să poată rearanja nucleonii. Această condiţie presupune temperaturi extrem de ridicate dacă reacţia are loc într-o plasmă, sau accelerarea nucleelor în acceleratoare de particule.

Cum ar putea produce şi întreţine oamenii o reacţie de fuziune nucleară ?Pentru a da naştere unei reacţii de fuziune nucleară, cele două particule care vor fuziona trebuie să-şi piardă electronii şi să fie accelerate la viteze deosebit de mari. Pentru a preveni respingerea reciprocă a celor doi nuclei încărcaţi pozitiv astfel rezultaţi, temperatura particulelor este ridicată la valori de câteva ori mai mari decât temperatura de la suprafaţa Soarelui. În practică, temperatura devine atât de ridicată încât particulele trec din starea lor de agregare naturală, cea gazoasă, într-o alta, numită plasmă. După fuziune nucleii eliberează cantităţi uriaşe de energie pierzând astfel din masa iniţială. Una dintre cele mai mari probleme întâmpinate astăzi în cadrul experimentelor legate de fuziunea nucleară este controlul plasmei şi păstrarea şi izolarea acesteia într-un spaţiu închis şi sigur.

Descoperirea în anul 1909 a nucleului atomic de către Ernest Rutherford a deschis calea spre un nou domeniu al fizicii, fizica nucleară. În momentul de faţă, o mare parte a domeniului fizicii nucleare se ocupă cu studiul modului în care nucleele diferiţilor atomi se pot combina pentru a forma nuclee noi, adică de studiul reacţiilor nucleare. O parte a reacţiilor nucleare se produc cu degajare de energie termică, motiv pentru care ele pot fi utilizate în aplicaţii energetice, prin conversia energiei termice în alte forme de energie. Dintre aceste reacţii, numite reacţii exoenergetice, cele mai importante sunt reacţia de fisiune şi cea de fuziune nucleară. Despre cea din urmă dintre ele vom vorbi în continuare.

GeneralităţiFuziunea nucleară este probabil unica metodă de a produce energie care să reprezinte o soluţie energetică pe termen lung pentru planeta noastră. Energiile alternative de tipul celei eoliene, geotermale, solare etc. nu deţin nici pe departe potenţialul pe care fuziunea nucleară îl prezintă. Centralele nucleare ce ar urma să producă energie prin fuziune nucleară ar prezenta şi avantajul că ar fi foarte sigure, negeneratoare de deşeuri radioactive (spre deosebire de centralele atomoelectrice actuale, bazate pe fisiunea uraniului sau altor elemente produse pe cale artificiala,) şi ar fi, de asemenea, nepoluante, aspect extrem de important în contextul încălzirii globale. Combustibilul necesar fuziunii nucleare ar fi şi extrem de simplu de procurat, fiind disponibil oriunde în lume. Cel mai important aspect ar fi totuşi randamentul unei asemenea reacţii nucleare, mult superior tuturor celorlalte imaginate şi puse în practică până acum de civilizaţia umană. De exemplu, energia rezultată în urma fuziunii deuteriu-tritiu (cea mai uşor de realizat dpdv practic reacţie de fuziune nucleară, unde deuteriul şi tritiul sunt 2 izotopi ai hidrogenului) ar fi de 400 de ori mai mare decât necesarul de introdus în sistem pentru a genera reacţia de fuziune.

Care sunt metodele actuale de control şi izolare a plasmei în timpul reacţiilor termonucleare?Există actualmente trei metode de control al plasmei pe perioada reacţiei de fuziune nucleară. Prima se foloseşte de un câmp magnetic foarte puternic în vederea protejării materialelor din interiorul reactorului şi pentru prevenirea scurgerilor de plasmă. A doua metodă presupune un tip de control inerţial, bazat pe menţinerea coeziunii plasmei prin bombardarea cu multiple raze laser a camerei reactorului (cazul Nova Laser). A treia metodă foloseste gravitaţia, dar singurele reactoare capabile să funcţioneze pe acest principiu sunt cele naturale – doar Soarele şi celelalte stele au fost până în prezent capabile să controleze plasma în acest mod.

Fuziunea nucleară se poate clasifica după condiţiile de desfăşurare în fuziune termonucleară şi fuziune la rece.

Ce este tokamak–ul?Dezvoltarea experimentală a reactoarelor de fuziune nucleară controlată este o sarcină extrem de dificilă. Poate cea mai promiţătoare tehnică dezvoltată până în prezent poartă numele de tokamak, rezultatul practic al cercetărilor fizicianului rus Lev Artsimovich (1909-1973) din anii ’50. Denumirea “tokamak” este un acronim pentru “camera toroidală cu câmp magnetic”. Într-un tokamak, nucleii sunt prinşi în mijlocul unui cîmp magnetic de formă toroidală (vezi figura). Această formă a camerei reactorului împiedică particulele să scape din câmpul magnetic, readucându-le “în mijlocul acţiunii” atunci când au tendinţa să scape câmpului magnetic.

Ce este Nova Laser-ul ?Laser-ul Nova, din cadrul laboratorului Lawrence Livermore, este cel mai puternic laser din lume. Acesta direcţionează zece raze laser spre centrul camerei reactorului , dând naştere unei reacţii de fuziune la nivelul mostrei de combustibil folosite. Până în prezent laserul a fost folosit în cercetarea legată de armele nucleare şi există speranţe că Nova va ajuta fizicienii să obţină rezultate spectaculoase în domeniul energiei nucleare. Din moment ce un obstacol major în calea fuziunii nucleare este reprezentat de controlul plasmei, a reuşit cineva să genereze o reacţie de “fuziune la rece” ?În martie 1989, doi oameni de ştiinţă, Stanley Pons şi Martin Fleischmann au devenit peste noapte celebri în momentul în care au anunţat că au reuşit să genereze în laborator o reacţie de fuziune nucleară “la rece”. Fuziunea la rece ar elimina din ecuaţie problematica izolării plasmei, ar duce la economisirea unor sume importante de bani şi ar reprezenta, teoretic, o sursă de energie nelimitată pentru întreaga omenire.


Comments

    There are no comments for this Glog.