Reaktor syntezy jądrowej. Eksploatacja reaktora syntezy jądrowej

Reakcje syntezy jądrowej to te, które zachodzą wewnątrz gwiazd, takich jak nasza. słońce, w którym dwa mniejsze jądra atomowe łączą się, aby dać początek większemu, bardziej atomowemu jądru. stabilny. Poniżej mamy mechanizm tego typu reakcji zachodzącej na Słońcu między wodorami, w wyniku której powstaje hel:

Możliwa reakcja fuzji wodoru zachodząca na Słońcu

Ale najważniejszym aspektem tego typu reakcji jądrowej jest ilość uwolnionej energii. Aby wpaść na pomysł, połączenie tylko 2. 10^-9% deuteru (wodór z neutronem i protonem w jądrze)zapewniłoby to ilość energii, która wystarczyłaby na zaspokojenie zapotrzebowania na energię na całym świecie przez rok!

Dlatego marzeniem wielu naukowców jest możliwość okiełznania energii uwalnianej w reakcjach fuzji. Reaktory stosowane obecnie w elektrowniach jądrowych to rozszczepienie jądrowe, które jest procesem antyfuzji i wytwarza mniejszą ilość energii.

Niekontrolowana fuzja została już zastosowana w bomba wodorowa lub termojądrowy, w roku 1952, wystrzelony przez Stany Zjednoczone na atolu na Pacyfiku. Ta bomba została nazwana „Mike” i miała 700 razy większą moc niż bomba z Hiroszimy.

Oprócz dużej ilości uwolnionej energii, inni korzyści wykorzystania syntezy jądrowej do wytwarzania energii, są to: materiały stosowane w tych reakcjach są łatwo dostępne., ponieważ deuter znajduje się w cząsteczkach wody, tryt (izotop wodoru, który ma proton i dwa neutrony w jądrze) można otrzymać z litu, a lit jest metalem występującym naturalnie.

Innym czynnikiem jest to, że w przeciwieństwie do rozszczepienia jądrowego, produkty syntezy jądrowej nie są radioaktywne i dlatego są uważane za „czysty” rodzaj energii, który nie powoduje zmian w środowisku.

Ale żeby być użytym do generowania energii, musi to być kontrolowana reakcja, a do tego wciąż jest trochę przeszkody:

• Aby fuzja była skuteczna, potrzebne są wysokie temperatury, jak na Słońcu, którego regiony mają temperatury rzędu 100 milionów stopni Celsjusza! Ta duża ilość energii jest potrzebna do pokonania siły odpychania wynikającej z dodatnich ładunków jąder, które się połączą.

  Teraz nie przestawaj... Po reklamie jest więcej ;)

Obecnie osiąga się to poprzez energię uwalnianą w kontrolowanej reakcji rozszczepienia bomby atomowej, która służy jako wyzwalacz reakcji syntezy jądrowej.

• Pojawia się kolejny problem: jak w sposób kontrolowany pracować z materiałami w temperaturze tysięcy stopni Celsjusza? Z jakich materiałów można zbudować reaktor, który wytrzymałby tak wysokie temperatury?

• Istnieje również potrzeba szybkiego przepływu energii uwalnianej w reakcji fuzji.

Badania w tej dziedzinie doprowadziły do ​​powstania reaktora zwanego Tokamak, który jest dziś używany tylko do badań. Najbardziej znany jest ten w Princeton w Stanach Zjednoczonych, który pracuje w temperaturze 100 milionów stopni Celsjusza. Poniżej znajduje się Tokamak COMPASS na IPP prezentowany w Pradze, Czechy, podczas Tygodnia Nauka i technika zorganizowana przez Akademię Nauk Republiki Czeskiej 2 listopada, 2012:

Tokamak COMPASS na IPP zaprezentowany w Pradze^[2]

W tych reaktorach wytwarzane jest niezwykle silne pole magnetyczne. Gazy deuteru i trytu są wtryskiwane i podgrzewane do tysięcy stopni Celsjusza, aby zareagować. Ponieważ następuje przepływ prądu elektrycznego i wytwarzanie silnych pól magnetycznych, powstaje plazma, która znajduje się w rurce wewnątrz reaktora, nie stykając się z jego ściankami.

Powyższy znaczek, wydrukowany w ZSRR, przedstawia urządzenie do termojądrowej syntezy tokamakowej z ok. 1987 r.^[3]

Jednak do tej pory nie odkryto jeszcze sposobu na uzyskanie użytecznej energii z takiego reaktora. energia zużyta na aktywację pola magnetycznego, w którym uwięziona jest plazma, jest wciąż większa niż energia uzyskana z fuzji wewnątrz reaktora.

_{* Kredyty obrazkowe:}

_{[1] Autor: Mike Garrett/Wikimedia Commons
[2] Godzina Natalii/ Shutterstock.com
[3] Jim Pruitt/Shutterstock.com}

Jennifer Fogaça
Absolwent chemii

Czy chciałbyś odnieść się do tego tekstu w pracy szkolnej lub naukowej? Popatrz:

FOGAÇA, Jennifer Rocha Vargas. „Jądrowy reaktor syntezy jądrowej”; Brazylia Szkoła. Dostępne w: https://brasilescola.uol.com.br/quimica/reator-fusao-nuclear.htm. Dostęp 27 czerwca 2021 r.