lagok - köztük a Nap - cncrgiatcnnclcsétick kér dése. M ivel akkoiiUm a fő energiaforrás a szén volt. úgy képzelték, hogy a Nap energiája is ebből szárm azik. A Nap fizikai paraméterei (m érete, tö tn eg e, sugárz«tsi te ljesítm é n y e ) alapjitn úgy gondoltiik. hogy a Nap ..tüzclőany<jg-készlctc” csíik néhiíny ezer évre elegendő. (Erre utal a Madiich- idézet.) íg y a számítások a z em beiiségnek rövid m últat é s jö v ő t jó so lta k . Ezek a jó sla to k nem voltiík összeegyeztethetők sem a légészeti leletek korával, sem a z é le t k eletk ezésén ek darwini elm életével.
A z atommag é s a magenetgia felfedezése után vetődött fel a tudósokban a gondolat, h ogy a Nap és m ás csillagok évmilliiírdok óta taitó sugái'Zilsát talán a nukle;iris energia szolgáltatja.
Az vlwk közwll Ilcvcsy ővörg)' iniígyiir í^zím- maz<Lsú. Nobel-dijas fizikus iiKiiidlH ki 192.^-ímii, h»K.v a Na|)«t nem tCi/^ hanem nukleáris c 'ik i^ h (ápláya.
A KÖNNYŰ ATOMMAGOK FÚZJÓJA
A z a to in iT ja g o k kötési cneigiájának göii)cje silapjíín m egállapítottuk, hogy u kis tömegsz<unú k ö n n y ű ato niniH ^o k fíi/íó ja n á l m agenei^ia szabadul fel. A fúzió latin szó. egyesülést, egybeolvadást jelent.
A z atom m ago k eg y e sü lé sé t a nagy ható tá- volsiigű. taszító ( 'o u lo m h - c r d g á to lja . A rövid hatótávolságú, intenzív m agerők csak akkor ju t hatnak érv ényre, ha az ato m m ag o k elé g közel keiü lnek egym áshoz. íg y a fúziós m agreakciók m eg v aló su lásán ak fe lté te le , hogy a m agokból álló .^itommaggiiz” (az úgynevezett plazm a) kel lően m agas h ő m é rsé k le tű é s sű rű sé g ű legyen. Ekkor a rcszccskck Intenzív hőmozgásuk néven az elektrom os taszítást legyőzik.
Ezélt nevezzük a m iikiom éretekben m egvaló suló töm eges m agfúziós reak ció t k T n io n iik le á - ris re a k c ió n a k ^ .
A fúziós folyam atok beÍndulá.sához szükséges igen m agas r i i ő n i c r s c k k i í ü ^ a /a to n u iia g o k Z re n d sz á m á tó l. U gyanis /növeked é.sevel a m a gok közötti fokozódó elek tro m os taszítás egyre m agasabb hőm érsékletet tesz szükségessé.
A legkisebb töltéssel rendelkező magok, a proto nok fúziójához kb. 15 m illió K hőmérséklet szük séges. A nagyobb töltésszámú magok egyesülésé hez m ég magasabb hőmérséklet kell. íg y a 3 héli- umalommag szcnatoininaggá történő egyesülése már csak s/.H /n)íllíó K körül jön létre a vörös óriáscsillagok magjában. A z oxigénm agok fúzió ja pedig m illiárd K h őm érsék letet igényel.
A könnyű atom m agok fúziójának elm életét Teller lu le ( 19 0 8 -2 0 0 3 ). a .Jiidrogénbojnbit atyja” é s az am erikai (*eorg<e (ía n io w (1 9 0 4 - 1 9 6 8 ) dolgozta ki az 1930-as évek elején. Ennek alapján oldotta meg 1938-ban I Ih h s B efhe (1 9 0 6 -2 0 0 6 )
iunerikai fizikus a Nap é s a csillagok energiatenne- lésének pmbléiruíját.
A MAGHASADÁS ÉS A MAGFÚZIÓ 1 6 1
MAGFÚZIÓ A NAPBAN
A csillagok belsejében ü fúzióhoz szük ség es ma*
g a s li(tm é rs c k le lc l k ezdetben a k o zm ik u s gáz összehúzódásitkoi fcls/>»hadujt ^rHviláci(>s e n e r gia, m<ijd a továbbiakban a beindult fúziós folya m at biztosítja.
A fo r r ó „ a to m m a g g á z ” h ő iiio /.g á s á h ó l és s íig á rx á s á b ó l adtSdó ó riá s i n y o m á si a csillag k ü lső ré te g e in e k g r a v itá c ió s n y o m á s a e lle n s ú ly o zza .
A N ap é s a h o zzá h<tsonló típusú csillag o k b e lse jé b e n a h id ro g é n a to m m a g o k e g y e sü ln e k több lépcsőben stabil hélium atom m aggá. E k öz ben a “^H e-atom m ag 4 .4 8 pJ n ag y ság ú kötési en erg iája szabadul fel. A term onukleáris re<ikció
végeredm ényének egyenlete:
4 - \i> - ^ Í H c + 2v^ + 2 - (4,48 pJ).
A MAGFÚZIÓ MESTERSÉGES MEGVALÓSÍTÁSA Szabályozatlan term onukleiiiis reakciói miu' földi körülm ények között is m egvalósítottak a liíd rn - g é n h o in h á k kísérleti robbantásai során. A reak ció ho z szükséges m agas hőméiNékletet h asad ó any ago t tiiitiiliriiizó iitonibom bu feliobbiintásával idézték elő.
A h idrogciibombában <tz atombomba töltetét veszi köriil a fúziós anyag töltete. Az így nyert atom- bombiikat kétfázisú bombáknak nevezzük. A fúzi ós töltet egyik lehetséges anyaga lehet pl. LÍD lítiuin-deuterid. Az urán- vagy plutónium-töltetű atombomba által biztosított magas hőméisékleten az (ilábbi fúziós foly<unat Játszódik le:
;D + lL \ 2 • ÍH e + ^íí (2.4 pJ).
161.2. A csillag inéielét ugtuvitiidóé.s a fúzióból szitrma* zó belső nyomás egyensúlya határozz;i meg
A kontrollált en erg iatcim elő fúziós fo lyam a tok m egvalósításiüa irány uló kísérletek é v tize dek ó ta folynak tö bb -kev esebb sik eiiel. A fúziós reiiktorok* en erg iaterm elését ipari m éretekben m ind e z ideig nem sik erü lt m egoldani. E nnek elsősorban technikai akadályai vannak. Keressünk inform ációi az inlernelen a fú z ió s kisérleíekről!
A fő probléma a plazmu magas hőméi sékletébő! adódik: a legfőbb gond a fúziós üzemanyag fo lyamatos együtt tartása é s szitbályoz«is<i. A könnyű magokat tiulalmazó. phizmaállapotú anyagól nvíg- neses m ezővel lehet összetartani. A z e iő s mágne ses mezőt toroid-tekerccsel állítják elő.
A kísérleti eredm ények egyelőre nem túlságo- sim biztatóak. A X X I. sziízad közepére vmjiík az első en erg ian y ereség es k ísé rle ti fú zió s reaktoi m e g v a ló sítá sá t. E n n ek ü z e m a n y a g a -D é s ^ lenne. A fú zió s en erg iaten n elés elterjedése csak sz4Ízadunk m ásodik feléb en várható.
trans/.forniálorvasmag stabilizáló lekeres -vákuum- kamra forró pla/ma toroidális tekercs
161.1. Kísérlett fúziós reaktor belseje és szerkezetének elvi felépítése. Nézzünk taána. hol és inilyt'n f>rsztígok részvéiel^vel építik mefi a kísérleti fúziós reakiort!
líl
M EGJEGYZÉSEK1. A fúziós reaktorokbijn történő n u k lem is energin ten nelcs előnyei a h asad áso s energiiiteiTne- léssel szem ben a következőkben fog lalhatók össze:
- A fúziós energiatennelés véglem icke stabil izotóp vagy újrafelhasználható tn'cíum, így nem kell gondoskodni a veszélyes h osszú felezési idejű radioiiktív anyagok tájolásáról, végleges elhelyezéséről.
- A fő üzem anyag, a d eutérium a F öld term észetes vízkészletében szin te korlátlan m ennyi ségben áll rendelkezésre, és a z u rán- vagy szénbányászattal szem ben tiszta m ódon lehet hozziíjutni.
- A z így kinyert nukleiu is enei'giahordozó hosszú időre m egoldaná az em beriség energiagond- Jaít. A hagyom ányos fosszilis energiahordozók m ellőzésével m egoldódna az energlatem ie-
léssel együtt já ró nagy m érv ű körn yezetszenn yeződ és problém ája is.
Í A G O N D O L K O D TA T Ó K É R D É S E K
1. V ajon m iért nem robbannak fel hid ro génb om b aként a csillagok?
2. H ogyan lehetne a N ap sugáiZilsi teljesítm ényét meghati'uozni, ha tudjuk, hogy a Földre 1350 teljesítm énn yel érkezik a napsugárzi'is?
W m
r
FELA D A TO K1. B ecsü ljü k m eg, hogy a N ap b elsejéb en m ek ko ra tö m eg ű hélium k eletk ez ik p eicen k én t a h id ro g én fú zió ja révén! (A N ap sugárziísi teljesítm én y e 3,8 6 • 10*^ W, «i héliu m m ag ok kötési e n erg ii^ a 4.4 8 pJ.)
2. A v íz b en találh ató h id io g én ato m o k 0 ,0 2 % -a deu tériu m . M ennyi en crg iú t n yerh etnén k ki 1 kg töm egű vízből, ha az ö sszes deu tériu m ot kivonnánk belőle, é s fúziós reaktoi'ban hélium atom m a- g o k k á e g y esíten én k ? (K ét d eu tériu m m agfú ziójában 0,52 pJ energ ia szab ad u l fel.)
3. F ú rju n k k a rto n la p ra tű h e g y n y i ly u k a t, é s k ép ezzü k le ezzel a N ap képét egy m ásik , kb. I m -re lévő kartonlapra. M eg felelő beál lítással elérhetjük, hogy a kép k ö r a lak ú lesz. Ily e n k ép en eg y n a p fo g y a tk o z á s k itű n ő e n k ö v eth ető , de g yakran nap fo lto k at is m e g fi g y elh etü n k . A leképezés hason ló h áro m szö g eib ő l, valam in t a N ap é s a F öld 150 m illió k m -e s táv o lság áb ó l határozzu k m eg a N ap á tm é r ő jé t! E r e d m é n y ü n k e t e lle n ő riz z ü k táblázatból! V igyázat! N e nézzünk k ö zv etle n ü l a N a p b a , m e rt m a ra d a n d ó s z e m k á ro so d á st okozhat!
D
CSILLAGÁSZAT