Jitka Brabcová a Zdeněk Vondráček Termonukleární fúze Jitka Brabcová a Zdeněk Vondráček

Termonukleární fúze Dobrý den, v dnešní přednášce budeme prezentovat základy termonukleární fúze, zařízení pro termonukleární fúzi a zaměříme se na některé aspekty termonukleární fúze ve hvězdách.

Termonukleární fúze Obecný přehled Metody udržení paliva Sonoluminiscence Důležité reakce Lawsonovo kritérium Tokamak, Stellarator

Obecný přehled TF TF “lehkých” prvků uvolňuje obrovské množství energie Jedná se tedy o exotermickou reakci (Slunce) U “těžkých” prvků jde o endotermickou reakci (Supernova)

Obecný přehled TF Množství energie uvolněné při TF je větší něž u chemických reakcí Například ionizační energie získaná přidáním elektronu do jádra vodíku je 13.6 eV zatím co energie uvolněná při D-T reakci je 17 MeV

Způsob udržení paliva Gravitační Magnetická Inerciální Jedna z metod splňující Lawsonovo kritérium, vyžaduje však velké množství hmoty (Slunce) Magnetická Plazma je velice dobrým vodičem, proto je zde možnost tzv. mirror nebo toroidal confinement (Tokamak) Inerciální Např. Vodíková bomba, nebo kontrolovaná TF za pomocí laserového, iontového nebo elektronového paprsku nebo Z-pinche

Z-Pinch Způsob udržení plazmy využívající procházejícího proudu v plazmě k vytvoření magnetické pole které ji stlačí Z-pinch v Sandia National laboratories

Druhy Termojaderné fúze Studená fúze Také se označuje jako mezony katalyzovaná fúze Sonoluminiscence Fransworth-Hirsch fusor Antihmotou inicializovaná fúze Pyroelektrická fúze Horká fúze Jinak také “klasická” TF za extrémních teplot a obřích tlaků

Sonoluminiscence Projevuje se v kapalinách Kapalina bombardovaná neutrony (14.3 MeV) vytváří bublinky o průměru 100 nm až 1 mm Následným vysláním zvukových vln (19.3 kHz) je vyvolána kavitace spolu se světelným efektem a zvýšením teploty v bublince až 11 000K

Sonoluminiscence

Důležité reakce Astrofyzikální reakční vazby Kritéria a kandidáti pro pozemní reakci

Astrofyzikální vazby Nejdůležitějším fúzním procesem v přírodě je ve Slunci Ve hvězdách velikosti Slunce a menší je obvykle proton-protonová vazba V těžších hvězdách je obvyklejší tzv. CNO cyklus

Proton-Protonová vazba

Proton-Protonová vazba

Proton-Protonová vazba Jedná se o fúzi 4 protonů při které znikne jedna α částice a uvolní se 2 pozitrony a 2 neutrina + E

CNO cyklus Carbon – Nitrogen – Oxygen (Bethe- Weizsäckerův) cyklus 2C + 1H → 13N + γ +1.95 MeV 13N → 13C + e+ + νe +2.22 MeV 13C + 1H → 14N + γ +7.54 MeV 14N + 1H → 15O + γ +7.35 MeV 15O → 15N + e+ + νe +2.75 MeV 15N + 1H → 12C + 4He +4.96 MeV

CNO cyklus

Kritéria a kandidáti pro pozemni reakci Musí být exotermická Musí obsahovat nízké nukleonové číslo Musí mít 2 reaktanty Musí mít 2 a více produktů Musí udržovat protony a neutrony

Lawsonovo kritérium Jedná se o obecné hodnocení systémů definující podmínky které je potřeba ve fúzním reaktoru navozenít k zažehnutí termonukleární fúze Přesné znění je volně k nahlédnutí na : http://www.jet.efda.org/pages/content/news/2005/ yop/dec05-aere-gpr1807.pdf

Tokamak Původně ruský vynález “тороидальная камера в магнитных катушках” “toroidal'naya kamera v magnitnykh katushkakh” Toroidní komora v magnetických cívkách Sestrojen 1950 Igor Yevgenyevich Tamm a Andrei Sakharov

Tokamak

Tokamak - ITER

Tokamak vlastnosti Charakteristický svou rotační simetrií Ionty a elektrony jsou udržovány v centru rotující rozžhavené plasmy Operační teplota v plazmy bývá v tokamacích okolo 100 000 000 ºC

Tokamak

Stellarator Zařízení pro udržení horké plazmy magnetickým polem za účelem řízené TF Magnetické pole je generováno výhradně vnějšímy cívkami Byl vynalezen Lymanem Spytzerem v roce 1951

Stellarator

Stellarator - konfigurace Torsatron Stellarator s nakonfigurovanými souvislými šroubovitými cívkami Heliotron Konfigurace využívající spirálovitou cívku udržující plazmu spolu s cívkami poloidálního pole, cívky toroidálního pole mohou být použity k ovládání magnetických povrchových vlastností Helias

Na konec V dnešní přednášce jsme prezentovali základy termonukleární fúze, zařízení pro termonukleární fúzi a zaměřili jsme se na některé aspekty termonukleární fúze ve hvězdách.

Použité zdroje http://en.wikipedia.org/wiki/Nuclear_fusion http://en.wikipedia.org/wiki/Lawson_criterion http://www.allaboutall.info/article/Thermonuclear http://en.wikipedia.org/wiki/Sonoluminescence http://www.techmind.org/sl/ http://www-phys.llnl.gov/N_Div/sonolum/ www.tutorgig.com/ed/thermonuclear http://www.questia.com/library/encyclopedia/cold -fusion.jsp?l=C&p=7 Aktuální k 3.1. 2007

Děkujeme za pozornost