Magfúzió
A Wikipédiából, a szabad lexikonból.
A magfúzió során két kisebb atommag egyesül egy nagyobbat eredményezve. Ez a folyamat lehet exoterm vagy endoterm, a kiinduló magok atomtömegétől függően. Az elemek közül a vas és a nikkel a legstabilabbak (ők rendelkeznek a legnagyobb kötési energával). Ha a fúzióban résztvevő elemek könnyebbek a vastól, akkor a folyamat energiafölszabadulással jár, ellenkező esetben energiát kell befektetni.
Ez a folyamat játszódik le a csillagokban és a hidrogénbomba robbanásakor. A vastól nehezebb elemek fúziója (endoterm voltukból kifolyólag) szélsőséges feltételeket követel, mint például a szupernóva robbanás. A természetben található elemek mind csillagokban és szupernóva robbanás közben jöttek létre.
Az atommagot az erős kölcsönhatás tartja össze, ami nukleonok között hat, nagyon rövid távolságon (10-15 m). Az atommagok nagyobb távolságokon viszont taszítják egymást, mert töltésük pozitív. Így kialakul egy potenciálgát, ami a D-T (deutérium-trícium) esetében 0,1 MeV. Hogy a fúzió megtörténjen, az atommagoknak le kell győzniük a potenciálgátat. Ezt megtehetik a plazmában, amit termonukleáris fúziónak neveznek, és a későbbiekben is erről lesz szó. Egyesek szerint létzeik hidegfúzió is.
Ha átszámoljuk a 0,1 MeV-ot hőmérsékletre, akkor 109 kelvint kapunk, ami nagyon magas hőmérséklet (főleg, ha tudjuk, hogy egyik fém se nagyon bírja a 3000 kelvinnél magasabb hőmérsékletet). Ezen segít két effektus:
- a Maxwell-féle sebességeloszlás szerint a sokkal alacsonyabb hőmérsékletű plazmában is vannak nagy megfelelő energiájú atomok (csak kevés)
- az alagúteffektus megengedi, hogy a kisebb energiájú atommagok is átjussanak a potenciálgáton
Ez a két effektus sem csökkenti a kívánt hőmérsékletet emberibb értékekre. Ezért a plazmát össze kell nyomni, hogy a hőmérséklete megnőjjön. Ezt három módon lehet elérni:
- gravitációs – amikor a gáz a saját súlya alatt nyomódik össze. Ehhez azonban nagy mennyiségű gáz kell, így ez csak a csillagokban jelentkezik
- mágneses – a plazmában szabad pozitív és negatív ionok találhatók, tehát hatnak rá a mágneses erők. Ezt használják ki a tokamak és a stellator berendezések
- inerciós – ha hirtelen sok energiát közlünk a gázzal (pl. lézer segítségével), akkor a gáznak nem lesz ideje kitágulni, így a hőmérséklete fog emelkedni a kívánt érték fölé.
Ahhoz, hogy egy fúziós reakció energiatermelés szempontjából érdekes legyen, a következő feltételeket kell teljesítenie:
- legyen exoterm
- kicsi legyen a protonok száma (kevésbé taszítják egymást az atommagok) – tehát a legkönnyebb elemek között kell keresni
- két kiindulási anyag legyen
- két reakciótermék legyen (az energia- és impulzusmegmaradás miatt)
Ezek alapján a lehetséges reakciókat a következő táblázat foglalja össze:
| (1) | D | + | T | → | 4He | (3,5 MeV) | + | n | (14,1 MeV) | |||||||
| (2) | D | + | D | → | T | (1,01 MeV) | + | p | (3,02 MeV) | 50% | ||||||
| (3) | → | 3He | (0,82 MeV) | + | n | (2,45 MeV) | 50% | |||||||||
| (4) | D | + | 3He | → | 4He | (3,6 MeV) | + | p | (14,7 MeV) | |||||||
| (5) | T | + | T | → | 4He | + | 2 | n | + 11,3 MeV | |||||||
| (6) | 3He | + | 3He | → | 4He | + | 2 | p | + 12,9 MeV | |||||||
| (7) | 3He | + | T | → | 4He | + | p | + | n | + 12,1 MeV | 51% | |||||
| (8) | → | 4He | (4,8 MeV) | + | D | (9,5 MeV) | 43% | |||||||||
| (9) | → | 4He | (0,5 MeV) | + | n | (1,9 MeV) | + | p | (11.9 MeV) | 6% | ||||||
| (10) | D | + | 6Li | → | 2 | 4He | + 22,4 MeV | |||||||||
| (11) | p | + | 6Li | → | 4He | (1,7 MeV) | + | 3He | (2,3 MeV) | |||||||
| (12) | 3He | + | 6Li | → | 2 | 4He | + | p | + 16,9 MeV | |||||||
| (13) | p | + | 11B | → | 3 | 4He | + 8,7 MeV |
A p a közönséges hidrogént, a D a deutériumot, a T meg a tríciumot jelöli.


Based on work by