Magfúzió
A magfúzió az a folyamat, amelynek során két könnyebb atommagból egyetlen nehéz atommag (atomrész) keletkezik. Ezt a folyamatot magreakciónak nevezzük. Nagy mennyiségű energiát szabadít fel.
A fúzió során keletkező atommag nehezebb, mint bármelyik kiindulási atommag. Azonban nem olyan nehéz, mint a kiindulási atommagok (atomok) eredeti tömegének kombinációja. Ez az elveszett tömeg sok energiává alakul át. Ezt mutatja Einstein híres E=mc2 egyenlete.
A fúzió a csillagok, például a Nap közepén történik. A hidrogénatomok összeolvadnak héliummá. Ez rengeteg energiát szabadít fel. Ez az energia táplálja a csillag hőjét és fényét. Nem minden elem képes egyesülni. A nehezebb elemek nehezebben kapcsolódnak össze, mint a könnyebbek. A vas (fém) nem tud más atomokkal egyesülni. Ez okozza a csillagok pusztulását. A csillagok minden atomjukat egyesítik, hogy különböző típusú, nehezebb atomokat hozzanak létre, egészen addig, amíg el nem kezdenek vasat létrehozni. A vasmag nem tud más atommagokkal egyesülni. A reakciók leállnak. A csillag végül lehűl és meghal.
A Földön nagyon nehéz olyan magfúziós reakciókat elindítani, amelyek több energiát szabadítanak fel, mint amennyi a reakció elindításához szükséges. Ennek oka, hogy a fúziós reakciók csak magas hőmérsékleten és nyomáson játszódnak le, mint például a Napban, mivel mindkét atommag pozitív töltéssel rendelkezik, és a pozitív töltés taszítja a pozitív töltést. A taszítás csak úgy szüntethető meg, ha az atommagok nagyon nagy sebességgel ütköznek egymásnak. Ezt csak magas nyomáson és hőmérsékleten teszik. Az egyetlen sikeres megközelítés eddig a nukleáris fegyverekben volt. A hidrogénbomba egy atombombát (maghasadás) használ a fúziós reakciók beindításához. A tudósok és mérnökök évtizedek óta próbálnak biztonságos és működő módot találni a fúziós reakciók irányítására és megfékezésére az áramtermelés érdekében. Még mindig sok kihívást kell leküzdeniük, mielőtt a fúziós energiát tiszta energiaforrásként lehetne használni.
A periódusos rendszer egy változata, amely az elemek eredetét - beleértve a csillagok nukleoszintézisét is - jelzi. A 94 feletti elemek ember alkotta elemek, és nem szerepelnek benne.
A fúziós energia felszabadítására a hidrogén-deutérium-trícium (D-T) fúziós reakciót használják.
A Nap a hidrogénmagok héliummá történő magfúziójával termeli energiáját. Magjában a Nap másodpercenként 620 millió tonna hidrogént fuzionál.
Kérdések és válaszok
K: Mi az a magfúzió?
V: A magfúzió az a folyamat, amelynek során két könnyebb atommagból egyetlen nehéz atommag (atomrész) keletkezik. Ezt a folyamatot magreakciónak nevezik, és nagy mennyiségű energiát szabadít fel.
K: Hogyan működik ez a folyamat?
V: A fúzióval létrehozott atommag nehezebb, mint bármelyik kiindulási atommag, de nem olyan nehéz, mint az eredeti tömegük kombinációja. Ez az elvesztett tömeg sok energiává alakul át, ami Einstein híres E=mc2 egyenletében látható.
K: Hol zajlik ez a folyamat?
V: A fúzió a csillagok közepén történik, például a mi Napunkban, ahol a hidrogénatomok összeolvadnak héliummá, és sok energiát szabadítanak fel, amely a hőt és a fényt táplálja.
K: Minden elem képes egyesülni fúzióval?
V: Nem, a nehezebb elemek nehezebben kapcsolódnak össze, mint a könnyebbek, a vas (egy fém) pedig egyáltalán nem tud más atomokkal fúzióba lépni. Ez okozza a csillagok pusztulását, amikor minden atomjukat egyesítik, hogy nehezebb atomokat hozzanak létre, amíg el nem kezdenek vasat termelni, amely már nem tud fuzionálni.
K: Könnyű-e a Földön magfúziós reakciókat indítani?
V: Nem, nagyon nehéz, mert ezek a reakciók csak magas hőmérsékleten és nyomáson játszódnak le, mint a Napban, mivel mindkét atommag pozitív töltéssel rendelkezik, amelyek taszítják egymást, így nagyon nagy sebességgel kell egymásnak ütközniük ahhoz, hogy sikeresen összeolvadjanak.
K: Sikerült már valakinek irányítani vagy megfékezni ezeket a reakciókat az áramtermelés érdekében?
V: Még nem - a tudósok és mérnökök évtizedek óta próbálkoznak, de még mindig sok kihívás vár rájuk, mielőtt a fúziós energiát tiszta energiaforrásként lehetne használni.
K: Mi volt eddig sikeres a magfúzióval kapcsolatban?
V: Az egyetlen sikeres megközelítés eddig a nukleáris fegyvereknél volt, ahol a hidrogénbomba egy atombombát (hasadás) használ a reakció elindításához.
