(c) Graphicstock

Jak funguje termojaderná fúze ve Slunci

Jakmile se do dění zapojí deuterium, záležitost s využitím fúze vyhlíží mnohem slibněji.

Řetězec reakcí na Slunci začíná fúzí dvou protonů – jádra běžného vodíku vytvoří jádro deuteria, těžší formy vodíku. Když se spojí dva protony, jeden se musí změnit na neutron. To je ten nejtěžší krok v řetězci reakcí, které Slunci dodávají energii, ale jenž probíhá příliš pomalu, než aby mohl být použitelný jako zdroj energie na Zemi. Ale po tomto pomalém prvním kroku se při fúzních reakcích dále pouze změní počty protonů a neutronů v jádrech, a proto poté probíhají podstatně rychleji. Takže jakmile se do dění zapojí deuterium, záležitost s využitím fúze vyhlíží mnohem slibněji. Ačkoli se deuterium na Slunci vyskytuje vzácně, protože hoří stejně rychle, jako se vytváří, na Zemi ho v důsledku dávných vesmírných procesů zůstalo velké množství. Přibližně jeden z každých 7000 atomů vodíku je deuterium, přičemž oddělit tyto dva izotopy je poměrně jednoduché. Na Zemi je velké množství vodíku, zejména v podobě vody v oceánech, takže ačkoli je deuteria podstatně méně než běžného vodíku, jeho zásoby jsou prakticky nevyčerpatelné.
Fúzní reakce dvou jader deuteria spojí dohromady dva protony a dva neutrony, což může nastat dvěma různými způsoby. Při prvním vznikne vzácné helium-3. Zbude jeden neutron. Druhým způsobem se vytvoří jádro s jedním protonem a dvěma neutrony, což je forma vodíku známá jako tritium, které je zhruba třikrát hmotnější než běžný vodík.
V tomto případě zbude jeden proton. Při obou reakcích se uvolňuje energie, protože součet hmotností nových jader je o málo menší než hmotnosti dvou deuteriových jader, stejně jako při fúzní reakci na Slunci.
Tritium a helium-3 – produkty těchto reakcí – se mohou slučovat s deuteriem. Pak již reaguje pět částic – při reakci mezi deuteriem a tritiem dva protony a tři neutrony, v případě deuteria a helia-3 jde o tři protony a dva neutrony. V obou případech jsou výsledkem dvě jádra se dvěma protony a dvěma neutrony. To je běžná forma helia se čtyřmi jednotkami hmotnosti
– helium-4. Vznikne také buď volný neutron, nebo volný proton. Helium-4 je inertní (netečný, tj. chemicky neragující) plyn, který se může použít při plnění balonů a vzducholodí.
Uvedené reakce se používají při experimentech s fúzí. K reakcím mezi deuteriem a tritiem – obvykle se zapisují ve zkráceném tvaru jako DT-reakce – stačí nižší teplota k nastartování, a tudíž jsou považovány za nejlepšího kandidáta pro první fúzní elektrárnu. Tritium se na Zemi volně nevyskytuje, protože je radioaktivní s poločasem rozpadu 12,3 roku. To znamená, že začneme-li dnes pracovat s libovolným množstvím tritia, za 12,3 roku budeme mít polovinu počátečního množství, za 24,6 roku čtvrtinu a tak dále. Palivové tritium se bude muset vyrábět. V podstatě ho lze vyrobit reakcí neutronů – produktů reakce DT – s prvkem lithiem. Jádro lithia obsahuje tři protony a vyskytuje se ve dvou formách – se třemi neutrony jako lithium-6, se čtyřmi neutrony jako lithium-7. Obě formy interagují s neutrony a vytvářejí tritium a helium. Zatímco první reakce energii uvolňuje, druhá ji naopak potřebuje. Za základní palivo pro elektrárnu, která bude spalovat deuterium a tritium, tedy poslouží obyčejná voda a lithium. Deuterium se získá z vody, tritium se bude vyrábět z lithia. Obě paliva jsou relativně laciná, je jich dost a jsou snadno dostupná. Odpadem je inertní plyn helium.

Zdroj deuteria
Reakce deuteria a tritia má největší četnost srážek a stačí jí nejnižší teplota ze všech fúzních reakcí, což ji předurčuje k tomu, aby posloužila jako palivo pro první fúzní elektrárnu. Odpovídající zdroje
deuteria a tritia jsou proto důležité, nehledě na typ použitého udržení, ať už magnetického či inerciálního.
Z jednoho gramu deuteria se vyrobí 300 GJ elektřiny a pro zabezpečení aktuální celosvětové roční spotřeby (tj. 3 × 10 na 11 GJ) by bylo zapotřebí 1000 tun deuteria. Se zdrojem deuteria není problém, protože jeden díl v 6700 dílech vody je deuterium, takže pouhý litr vody v podobě fúzního paliva by mohl vyrobit tolik energie jako 300 litrů benzinu. Mimochodem, veškerá voda v oceánech představuje 10 na 15 tun deuteria – což je dostatečné množství, aby uspokojilo naše nároky na energii po neomezenou dobu. Deuterium lze z vody získat elektrolýzou a cena paliva by byla zanedbatelná ve srovnání s dalšími náklady při výrobě elektřiny.

Reakce plodící tritium
Nejběžnějším způsobem výroby tritia je reakce mezi neutrony a lithiem. V tomto případě existují dvě možné reakce; každá s přirozeně se vyskytujícím izotopem 6Li a 7Li:
6Li + n → 4He + T + 4,8 MeV;
7Li + n → 4He + T + n – 2,5 MeV.
6Li-reakce je nejpravděpodobnější s pomalými neutrony; je exotermická, uvolňuje 4,8 MeV energie. 7Li-reakce je endotermická, funguje pouze s rychlými neutrony a absorbuje 2,5 MeV energie. Přirozené lithium sestává z 92,6 % 7Li a 6,4% 6Li. Z kilogramu lithia je možné získat 1 × 105 na GJ elektřiny.

 

 obalka-knihy

Tento text je úryvkem z knihy:
Garry McCracken, Peter Stott: Fúze – energie vesmíru
2. upravené vydání
Academia 2019
z doslovu k českému vydání, autor Radomír Pánek
O knize na stránkách vydavatele

vlk, autor: retron, zdroj: wikipedia, upraveno. licence obrázku: public domain

Knihy o vlcích: Arktický vlk

S tím, jak vlci dnes běhají málem v satelitech velkoměst, se z kuriózního tématu, strachu …

Napsat komentář

Vaše emailová adresa nebude zveřejněna. Vyžadované informace jsou označeny *

Používáme soubory cookies pro přizpůsobení obsahu webu a sledování návštěvnosti. Data o používání webu sdílíme s našimi partnery pro cílení reklamy a analýzu návštěvnosti. Více informací

The cookie settings on this website are set to "allow cookies" to give you the best browsing experience possible. If you continue to use this website without changing your cookie settings or you click "Accept" below then you are consenting to this.

Close