Nükleer füzyon-Nükleer birleşme-

https://twitter.com/kanaryamfenerli _/\/\____________/\/\_____________ KANARYAM █▓▒░▒▓█ FENERLİ ¯¯¯¯¯¯\/\/¯¯¯¯¯¯¯¯¯\/\/¯¯¯¯¯¯¯¯¯ Nükleer füzyon, nükleer süreci ile ilgili makaleler içerir. Kullanışlı güç üretmek için bu süreci kullanarak özellikle ilgilenen Makaleler alt kategori Fusion güç bulunur. Spekülatif ya da kötü (gibi anlaşılmış olan nükleer süreçler hakkında Makaleler soğuk füzyon ), ya da kimin potansiyel elektrik üretimi için (gibi uzak olan muon-katalize füzyon ) ana kategorisinde tutulur. C ► Soğuk füzyon F ► Fusion güç N ► Nükleosentez (29 P) FuseNet Şablon: füzyon metodları Nükleer birleşme A Alpha süreç B Amasa Taş Bishop Kabarcık füzyon Robert W. Bussard C CNO döngüsü Soğuk füzyon Coulomb bariyeri D Doğrudan dönüşüm D EFDA H Nükleer füzyon-fizyon hibrid Ben Fusion ateşleme ISTTOK L LASNEX Lityum yanma M Madison Simetrik Torus Muon katalize edilen füzyon N Nötron jeneratör Nükleer bağlama enerjisi P Pegasus Simit Deney Hindistan Plazma Bilimi Derneği Proje Sherwood P devam. Proton bor füzyon Proton-proton zincirleme reaksiyon Saf füzyon silahı Pyroelektrik füzyon S Güneş nötrino T Termonükleer füzyon Nükleer füzyon Timeline Tokamak à yapılandırma değişkeni Tri Alpha Energy, Inc Triple-alfa süreci V Voitenko kompresör Yılında nükleer fizik , nükleer füzyon bir olan nükleer reaksiyon iki ya da daha fazla olan atom çekirdekleri çok yüksek bir hızda çarpışır ve atom çekirdeğinin yeni bir tür oluşturmak üzere birleşir. Füzyon çekirdeklerin maddenin bir kısmı dönüştüğü için, bu işlem sırasında, madde muhafaza edilmez foton ( enerji ). Fusion süreç olduğunu, aktif güçlerin veya " anakol " yıldız . Daha düşük kütleli iki çekirdeklerin füzyon demir (birlikte ki, nikel , en sahip bağlama enerjisi başına nükleonun demirden daha ağır çekirdeklerin füzyon enerjisini emer) genel olarak, enerjiyi serbest bırakır. Ters ters süreci için de geçerlidir nükleer fisyon . Bu füzyon, genellikle sadece açık elemanları için oluşur, ve aynı şekilde, bu füzyon normalde sadece ağır elemanlar için gelmeyeceği anlamına da gelir. Aşırı vardır astrofizik ağır çekirdekleri ile füzyon kısa süreli yol açabilir olaylar. Bu yol açar süreci çekirdek sentezi gibi olaylar sırasında ağır elemanlarının oluşturulması süpernovaların . Bulunmasının ardından kuantum tünelleme ile Friedrich Hund , 1929 yılında Robert Atkinson ve Fritz Houtermans enerji büyük miktarda küçük çekirdek füzyonu tarafından serbest olabileceğini tahmin etmek hafif elementlerin ölçülen kitleleri kullanılır. Üzerine bina nükleer transmutation tarafından deneyler Ernest Rutherford , birkaç yıl önce yürütülen, laboratuvar füzyon hidrojen izotoplarının ilk tarafından gerçekleştirildi Mark Oliphant 1932 yılında. bu on kalan sırasında yıldızlı nükleer füzyon ana döngüsünün aşamaları çalıştı edildi tarafından Hans Bethe . Askeri amaçlar için füzyon içine Araştırma parçası olarak erken 1940 yılında başlayan Manhattan Projesi . Fusion ile 1951 yılında gerçekleştirildi Sera Ürün nükleer testi. Bir patlamada büyük çapta nükleer füzyon ilk olarak 1 Kasım 1952 tarihinde gerçekleştirilmiştir Ivy Mike hidrojen bombası testi. Kontrollü gelişmekte içine Araştırma termonükleer füzyon sivil amaçlar için de 1950'lerde ciddi olarak başladı ve bu güne kadar devam eder. İki proje, Ulusal Ateşleme Tesisi ve ITER , yüksek hedefe sahip kazanımlar , daha önceki deneylerde geliştirilen tasarım geliştirmeleri 60 yıl sonra, reaksiyonu ateşlemek için gereken daha fazla enerji üreten olduğunu. ] iken bu ICF ve tokamak tasarımlar son zamanlarda popüler oldu, deneyler Stellatörler gibi, yine uluslararası bilimsel önem kazanıyor Wendelstein 7-X in Greifswald , Almanya. Fusion döteryum ile trityum oluşturarak helyum-4 , bir serbest nötron ve 17.59 bırakmadan MeV kinetik E = mc 2 Δ, ile anlaşarak, ürünlerin kinetik enerjisi olarak görünür kitle değişen formlarının uygun bir miktar olarak, enerjinin nerede Δ m parçacıkların kalan kütlesinin değişimdir. [1] Hafif elementlerin füzyon yayımlanan enerjinin kökeni iki karşıt güçlerin bir etkileşimi, nedeniyle nükleer kuvvet birlikte proton ve nötronları birleştirir, ve Coulomb kuvveti protonların birbirlerini itmesine neden olur. Protonlar pozitif yüklü ve birbirlerini iterler ama yine de nükleer cazibe adlandırılan başka bir kuvvetin varlığını gösteren, birbirine sopa vardır. Güçlü nükleer kuvvet denir Bu kuvvet, çok yakın mesafeden elektrik itme üstesinden gelir. Bu kuvvetin etkisi, bu nedenle gücü, bir kısa menzilli kuvvet yapma, mesafe üzerinde güçlü bir bağımlılığı vardır, çekirdeğin dışında gözlenmemiştir. Aynı kuvvet, aynı zamanda. Birlikte birlikte nötron, ya da nötron ve protonlar çeker [2] nükleer kuvvet için Coulomb kuvveti daha güçlü olduğundan atom çekirdeğinin füzyon ile hafif çekirdekleri bu çekirdekleri kadar bina, demir ve nikel daha küçük ekstra enerji bültenleri bu parçacıkların net cazibe. daha büyük çekirdek için , ancak, hiçbir enerji, nükleer kuvvet, kısa menzilli olduğu, serbest bırakılır ve hala daha büyük atom çekirdekleri arasında hareket etmeye devam edemez. Bu nedenle, enerji gibi çekirdekler füzyonu ile yapıldığında, artık serbest bırakılır; bunun yerine, bu işlemler, enerji emilir. Hafif elementlerin füzyon reaksiyonları güç yıldızlı ve denilen bir süreçte hemen hemen tüm elemanları üretmek nükleosentez . Yıldızlı hafif elementlerin füzyon enerjisini (ve her zaman eşlik kitle) serbest bırakır. Örneğin, iki hidrojen atomu çekirdeklerinin füzyon helyum oluşturulması için, kütlenin% 0.7 kinetik enerji ya da (örneğin, elektromanyetik radyasyon olarak) enerji diğer formları şeklinde uzak sistemden gerçekleştirilir. [3] Kontrol füzyon yapılan araştırmalar, elektrik üretimi için füzyon güç üretme amacıyla, 60 yıldır yapılmıştır. Aşırı bilimsel ve teknolojik zorluklar eşlik etti, ancak ilerleme sonuçlandı. Şu anda, kontrollü füzyon reaksiyonları başabaş (kendi kendini sürdürebilir) kontrollü füzyon reaksiyonları üretmek mümkün olmuştur. [4] Teorik olarak gerekli plazmanın ısıtılması için gerekli miktardan daha on kat daha fazla füzyon enerji sunacak bir reaktör için çalışabilir tasarımlar sıcaklıklarda (bakınız geliştirme aşamasındadır ITER ). ITER tesis O aynı yıl reaktörü devreye başlar ve 2020 yılında plazma denemeleri başlatacak. 2019 yılında inşaat aşamasında tamamlanması bekleniyor, ancak 2027 yılına kadar tam döteryum-trityum füzyon başlaması bekleniyor değildir. [5] Bu hafif elemanının, bu hatta, kaynaştırmak için çekirdek zorlamak için önemli enerji alır hidrojen . Bütün çekirdekler nedeniyle proton pozitif bir yük var ve ücretleri püskürtmek gibi, çekirdekleri şiddetle karşı birbirine yakın koymak ediliyor olmasıdır. Yüksek hızlara Hızlandırılmış, bu elektrostatik itme üstesinden gelebilir ve çekici için yeterince yakın zorunda nükleer güç kaynaşmanın elde edilmesi için yeterince güçlü olması. Daha ağır bir çekirdeği oluşturur ve genellikle daha hafif bir çekirdeklerin füzyon, serbest nötron veya proton, genel olarak, birlikte çekirdek zorlamak için gereken daha fazla enerji serbest bırakır; Bu bir olan ekzotermik süreç kendi kendini idame ettiren reaksiyonlar yapabilir. ABD Ulusal Ateşleme Tesisi lazer güdümlü kullanır, atalet kısıtlamalı füzyon , başabaş füzyon yeteneğine sahip olduğu düşünülmektedir. İlk büyük ölçekli lazer hedef deneyler Haziran 2009 yılında gerçekleştirilen ve ateşleme deneyler erken 2011 yılında başlanmıştır. [6] [7] Çoğu yılında yayımlanan Enerji nükleer reaksiyonlar çok daha büyük kimyasal reaksiyonlar nedeniyle, bağlanma enerjisi birlikte çekirdeğini tutan tutan enerjinin daha büyüktür elektronları bir çekirdeğe. Örneğin, iyonizasyon enerjisi , bir hidrojen çekirdeğe bir elektron ekleyerek elde 13.6 eV 17.6 milyonda bir daha-az MeV serbest döteryum - tritium sağa şemada gösterilen (D-T) reaksiyonu (bir gram meselesi 339 serbest olacaktır GJ enerji). Füzyon reaksiyonları var enerji yoğunluğunu birçok kez daha fazla nükleer fizyon ; Reaksiyonlar, kendilerini kimyasal reaksiyonlar daha fazla ışıma milyonlarca kat bireysel parçalanma reaksiyonları genellikle çok daha enerjik tek füzyon olanlardan daha bile kütle birimi başına çok daha fazla enerji üretir. Sadece Doğrudan dönüşüm ve enerji içine kütle gibi neden olduğu gibi, yok edici çarpışması madde ve antimadde , nükleer füzyon daha birim kütle başına daha fazla enerjik. Gereksinimleri Füzyon meydana gelmeden önce elektrostatik kuvvetlerin önemli bir enerji bariyeri aşmak gerekir. Büyük mesafelerde, iki çıplak çekirdekler çünkü itici biri başka iterler elektrostatik kuvvet onların arasında pozitif yüklü protonlar. Iki çekirdek birbirine yeterince yakın getirilebilir, ancak, elektrostatik itme çekici ile aşılabilir nükleer kuvvet yakın mesafelerde güçlüdür. Bir zaman nükleon gibi bir olarak proton veya nötronun bir çekirdeğe eklenir, nükleer kuvvet ancak öncelikle kuvvetin kısa menzili nedeniyle, yakın komşularına, diğer nükleonlar onu çekiyor. Bir çekirdeğin iç nükleonlar yüzeyde daha fazla komşu nükleonları sahiptir. Daha küçük çekirdekler daha büyük bir yüzey alanı-hacim oranı nedeniyle için nükleonun göre bağlanma enerjisi sahip olduğu için , nükleer güç genel olarak çekirdeğin büyüklüğü ile orantılı olarak artar, ancak yaklaşık dört nükleonların bir çapı olan bir çekirdeğin edilene tekabül eden bir sınır değerini yaklaşımlar . Yukarıdaki resim olduğunu akılda tutmak önemlidir oyuncak modeli nükleonlar çünkü kuantum nesneleri , ve böylece, örneğin, bir çekirdeğinde iki nötron beri diğer, böyle biri olduğu gibi birini ayırt birbirine aynıdır yüzeyde hangi iç ve, aslında anlamsız olduğunu ve kuantum mekaniğinin dahil uygun hesaplamalar için gereklidir. Elektrostatik kuvvet, diğer taraftan, bir bir ters-kare kuvvet , yani bir proton bir çekirdeğe ilave çekirdekteki tüm diğer protonlardan bir elektrostatik uzaklaştırma kuvveti hissedecek. Çekirdekler büyük olsun nedeniyle elektrostatik kuvvet nükleonun başına elektrostatik enerji böylece sınırı olmaksızın artar. Elektrostatik kuvvet pozitif yüklü çekirdek arasında itici, ancak ayırma yeterince küçük olduğunda, çekici bir nükleer güç güçlüdür. Bu nedenle, füzyon için önkoşul çekirdekleri onlar elektrostatik itme rağmen birbirlerine yaklaşım olabilir yeterli kinetik enerjiye sahip olmasıdır. Bu karşıt kuvvetlerin net sonucu nükleonun başına bağlanma enerji genellikle elemanları kadar, giderek artan boyutta artırmasıdır , demir ve nikel ve daha sonra ağır çekirdekleri için azalır. Sonuç olarak, bağlanma enerjisi negatif ve çok yoğun çekirdekler (bütün fazla 208 Nükleonlar ile, yaklaşık 6 nükleonlar bir çapa tekabül eder) stabil olmayan hale gelir. Dört en sıkı bağlı çekirdekleri, sırasına azalan enerji bağlayıcı nükleonun başına olan 62 Ni , 58 Fe , 56 Fe , ve 60 Ni . [8] rağmen nikel izotop , 62 Ni, daha kararlı, demir izotop 56 fe bir olan büyüklük sırası daha yaygın. Bu yıldız alfa sürecinde 62 Ni oluşturmak için kolay bir yol olduğunu olmasından kaynaklanmaktadır. Bu genel eğilimin bir istisna olduğunu helyum-4 olan bağlanma enerjisi daha yüksek olduğu çekirdek, lityum , bir sonraki ağır element. Protonlar ve nötronlar olmasıdır fermiyonlar göre, Pauli ilkesine tam olarak aynı durumda aynı çekirdek var olamaz. Bir çekirdeğin her proton veya nötronun enerji devlet bir spin yukarı parçacık ve bir spin aşağı parçacık hem de barındırabilir. Onun çekirdeğinde iki proton ve iki nötron oluşur çünkü Helyum-4 bir anormal büyük bir bağlanma enerjisi var; bu yüzden onun nükleonların dört zemin durumda olabilir. Herhangi bir ek nükleonlar yüksek enerji devletlerin içine gitmek zorunda kalacaktı. Nitekim, helyum-4 çekirdeği kadar sıkı yaygın nükleer fizikte bir parçacığın, yani olarak kabul edilir olduğunu bağlı olduğu alfa parçacığı . İki çekirdekleri bir araya getirilir ise durum benzerdir. Birbirlerine bir yaklaşım olarak, bir çekirdekteki tüm protonlar diğer tüm protonları püskürtmek. İki çekirdekleri aslında temas etmeyecek kadar güçlü olabilir nükleer kuvvet devralacak. Nihai enerji durumu daha düşük olduğu zaman bile Sonuç olarak, ilk olarak aşılması gereken büyük bir enerji bariyeri vardır. Bu adlandırılır Coulomb bariyer . Onların çekirdekleri tek bir pozitif yük içeren olarak Coulomb bariyer, hidrojen izotopları için küçüğüdür. Bir diproton stabil değildir, yani nötron de ideal bir helyum çekirdeği, son derece sıkı bir bağlanma ile, ürünlerin biri olduğu bir şekilde, dahil edilmelidir. Kullanarak döteryum-trityum yakıt, çıkan enerji bariyeri yaklaşık 0.1 MeV'dir. [ kaynak belirtilmeli karşılık], bir kaldırmak için gerekli enerji elektron gelen hidrojen 13.6 eV, yaklaşık 7500 kat daha az enerji. Füzyon (orta) sonucu hemen 14.1 MeV olan bir nötron çıkarıyor kararsız 5 O çekirdeği vardır. [ kaynak belirtilmeli ] kalan 4 O çekirdeğin geri tepme enerjisi 3.5 MeV, [ kaynak belirtilmeli ] böylece toplam enerji kurtuldu 17.6 MeV'dir. [ Bu enerji engelini aşmak için gerekli olandan daha çok kat daha fazladır. Sıcaklık hızla füzyon reaksiyonu oranı artar yavaş yavaş sonra en üst düzeye kadar ve düşüyor. DT oranı, daha düşük bir sıcaklığa (yaklaşık 70 keV veya 800,000,000 kelvin altında) ve yaygın olarak füzyon enerji için düşünülen diğer reaksiyonlar daha yüksek bir değere tepe. Reaksiyon kesiti σ iki reaktan çekirdeklerin nispi hızının bir fonksiyonu olarak bir füzyon reaksiyonun olasılık bir ölçüsüdür. Reaksiyona giren maddeler bir hız dağılımı varsa, ile, örneğin bir ısı dağılımı termo-füzyon , o zaman kesiti ve hız ürünün dağılımları üzerinde bir ortalama gerçekleştirmek için yararlıdır. Bu ortalama <σv> gösterilen, 'reaktivite' denir. Reaksiyon oranı (zaman başına hacim başına füzyonları) reaktant sayısı yoğunluklarının <σv> katı ürünüdür: Çekirdeklerin bir türün bu daha sonra DD reaksiyonu, ürün olarak, kendi kendisi ile reaksiyona edilirse ile değiştirilebilir . sıcaklıklarda anlamlı büyüklüklere kadar oda sıcaklığında hemen hemen sıfır artar 10 - 100 keV. Yukarıdaki bu da tipik bir sıcaklık derecelerinde, iyonizasyon enerjileri (bu da hidrojen durumda 13.6 eV), füzyon reaktifler bir mevcut plazma durumuna. Önemi Belirli bir enerji ile bir cihazda sıcaklığın bir fonksiyonu olarak sınırlandırıcı zaman dikkate alınarak bulunmuştur Lawson kriterini . Bu füzyon araştırma teknik kahramanlık mevcut yüksek devlet ulaşmak için uzun yıllar almıştır açıklıyor Dünya'da üstesinden gelmek için son derece zorlu bir bariyer vardır. [9] Füzyon ulaşmak için yöntemleri Fusion güç Termonükleer füzyon Ana madde: Termonükleer füzyon Madde yeterli (dolayısıyla olarak ısıtılır ise plazma ), füzyon reaksiyonu nedeniyle parçacıkların aşırı termal kinetik enerjili çarpışmalar nedeniyle oluşabilir. Termonükleer silahların şeklinde, termonükleer füzyon yararlı inkar edilemez büyük miktarda verim şimdiye kadar tek füzyon tekniği füzyon enerjisi . [ kaynak belirtilmeli ] kontrollü bir şekilde serbest termonükleer füzyon enerjisi Kullanılabilir miktarda elde edilmesi henüz. Atalet hapsetme füzyon Ana madde: Eylemsizlik hapsetme füzyon Atalet sınırlandırıcı füzyon (ICF) bir tür füzyon enerji tipik olarak en sık oluşan bir karışımı içeren bir topak formunda bir yakıt hedef ısıtılması ve sıkıştırılması ile nükleer füzyon reaksiyonları başlatmak için çalışır araştırma döteryum ve trityum . Kiriş-kiriş veya ışın-hedef füzyon Reaksiyonu başlatmak için enerji gelirse hızlanan çekirdeklerin bir süreç kiriş hedef füzyon denir; Her iki çekirdek hızlandırılmış ise, bu kiriş-kiriş füzyon. Hızlandırıcı-tabanlı ışık-ion füzyon ışık iyon füzyon tepkimeleri oluşturmak için yeterli parçacık kinetik enerjileri elde etmek için tanecik hızlandırıcı kullanan bir tekniktir. Işık iyonları hızlandırılması nispeten kolay ve etkin bir şekilde-tüm bir vakum tüpü, bir çift elektrot ve bir yüksek gerilim transformatörü olup gerçekleşir yapılabilir; füzyon elektrotlar arasındaki kadar az 10 kV ile gözlenebilir. (Ve genel olarak soğuk hedeflerle birlikte) hızlandırıcı bazlı füzyon ile önemli sorun füzyon kesitleri Coulomb etkileşimi kesitleri daha düşük birçok büyüklük olmasıdır. Bu nedenle iyonlarının büyük bir çoğunluğu kendi enerji harcadığı sona bremsstrahlung ve hedefin atomlu iyonizasyonu. Cihazlar kapalı tüp olarak adlandırılan nötron jeneratörleri Bu tartışma özellikle ilgilidir. Bu küçük cihazlar, bu çekirdeklerin iyonları döteryum ve füzyon gerçekleşir trityum içeren, hidrid hedeflere karşı hızlandırılabilir sağlayan bir düzenlemede, döteryum ve trityum gazı ile doldurulmuş minyatür parçacık hızlandırıcılar vardır. Nötron jeneratörleri Yüzlerce petrol rezervleri bulma ve haritalama için ölçüm cihazları kullanılmaktadır petrol endüstrisinde kullanılmak üzere yılda üretilmektedir. Muon-katalize füzyon Muon katalize füzyon sıradan sıcaklıklarda meydana gelen bir köklü ve yeniden üretilebilir bir füzyon süreçtir. Bu tarafından ayrıntılı olarak incelenmiştir Steven Jones 1980'lerin başında. Bu reaksiyondan elde net enerji üretimi için oluşturmak için gereken yüksek enerji oluşamaz pion'un , kısa 2.2 uS yarı ömrü ve muon yeni bağlanacak olduğu yüksek şans alfa parçacık ve böylece füzyon katalize dur. [10] Diğer ilkeleri Yapılandırma değişkeni à tokamak de, araştırma füzyon reaktöründe, Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (İsviçre). Diğer bazı sınırlandırıcı ilkeler bazıları sonunda net güç üretmek için güçlü olmak, daha az beklenti varken nükleer füzyon çalıştırmak için teyit edilmiş, incelenmiş, diğerleri henüz füzyon üretmek için gösterilmemiştir. Sonofusion veya kabarcık füzyon , tartışmalı bir varyasyon sonoluminescence tema, kısa bir süre oluşturulduktan sonra genişletme ve daraltma akustik şok dalgaları, geçici kabarcıklar (kavitasyon) oluştururken, sıcaklıkları ve nükleer füzyon için yeterli basınçları üretmek olduğunu göstermektedir. [11] Farnsworth-Hirsch fusor füzyon meydana hangi bir masa cihazdır. Bu füzyon iyonların elektrostatik ivme ile üretilen yüksek sıcaklıklarda etkili gelmektedir. Polywell birlikte sigorta merkezi haline iyonları hızlandırmak için elektrostatik hapsi kullanan olmayan bir termodinamik denge makinedir. Antimadde-başlatıldı füzyon küçük miktarlarda kullanan antimadde küçücük bir füzyon patlamasını tetikleyecek. Bu yapma bağlamında temel olarak incelenmiştir nükleer darbe tahrik ve saf füzyon bomba mümkündür. Bu yakın nedeniyle yalnız antimadde üretim maliyeti, pratik bir güç kaynağı haline gelmiyor. Pyroelektrik füzyon bir ekip tarafından 2005 yılının Nisan ayında bildirilen UCLA . Bilim adamları kullanılan pyroelektrik bir kombine -34 7 ° C (-29 ila 45 ° F) ısıtılmış kristal, tungsten bir üretmek için iğne elektrik alanı iyonize ve hızlandırmak için metre başına yaklaşık 25 gigavolts arasında döteryum bir içine çekirdekleri erbyum deuteride hedef . Tahmin edilen enerji düzeylerinde, [12] DD füzyon reaksiyonu üreten, oluşabilir helyum-3 ve 2.45 MeV nötron . Yararlı bir nötron jeneratörü yapar rağmen o ürettiği çok daha fazla enerji gerektiren bu yana, cihaz enerji üretimi için uygun değildir. [13] [14] [15] [16] Hibrid nükleer füzyon fisyon (hibrid nükleer enerji) üreten bir önerilen araçtır güç nükleer füzyon ve bir kombinasyonunun kullanımı ile parçalanma işlemleri. Kavramı 1950 tarihleri ve kısaca tarafından savunulan Hans Bethe 1970'lerde, ancak büyük ölçüde saf füzyon gerçekleştirilmesinde gecikmelere, 2009 yılında ilgi bir canlanma kadar keşfedilmemiş kalmıştır. [17] Proje PACER , yürütülen at Los Alamos Ulusal Laboratuvarı 1970'lerin ortalarında (LANL), küçük patlayan yer alacağı bir füzyon güç sisteminin olasılığını araştırdı hidrojen bombaları bir yeraltı boşluğunun içine (füzyon bombası). Bir enerji kaynağı olarak, sistem, mevcut teknoloji kullanarak çalışmak üzere gösterilebilir tek füzyon güç sistemidir. Ancak aynı zamanda oldukça tartışmalı böyle bir sistemin ekonomi yapma, nükleer bomba büyük ve sürekli bir kaynağı gerektirir. Önemli tepkiler Astrophysical reaksiyon zincirleri Proton-proton zinciri yıldızlı Güneş veya daha küçük boyut hakim. CNO döngüsü Güneş'ten daha ağır yıldızlı hakimdir. Doğadaki en önemli füzyon süreci bu güçler yıldız biridir. Net sonuç dört füzyon olan protonların biri haline alfa parçacığı iki sürümü ile, pozitron , iki nötrinolar (nötron içine protonların iki değiştirir), ve enerji, ancak birkaç bireysel tepkiler kütlesine bağlı olarak, söz konusu yıldız. Yıldızlı güneş veya daha küçük boyut için, proton-proton zinciri hakim. Ağır yıldızlarda, CNO döngüsü daha önemlidir. Her iki tür işlemlerin bir parçası olarak yeni elemanların oluşturulması için sorumlu olan yıldız çekirdek sentezi . Yıldız çekirdeklerinde sıcaklıklar ve yoğunlukları az füzyon reaksiyonların oranları bildiği yavaştır. Örneğin, güneş çekirdek sıcaklığı (T ≈ 15 MK) ve yoğunluğu (160 gr / cm 3), enerji salıverme oranı sadece 276 μW / cm bir dinlenme insan vücudunun ısı üretir hangi hacimsel oranının 3-yaklaşık dörtte . [18] Böylece, nükleer füzyon enerji üretimi için bir laboratuarda yıldız çekirdek koşulları üreme tamamen pratik değildir. T ≈ 0.1-1.0 GK: - nükleer reaksiyon hızları şiddetle sıcaklığında (exp (E / kT)) bağlı olduğundan, karasal füzyon reaktörlerinde makul enerji üretim oranları elde (yıldız içlerinde karşılaştırıldığında) 10-100 kat daha yüksek sıcaklık gerektirir. Kriterleri ve karasal reaksiyonlar için aday Ana madde: Fusion güç § Yakıtlar Yapay füzyon olarak, birincil yakıt kullanılabilen proton ve yüksek sıcaklıklarda olmak zorunda değildir, bu yüzden daha geniş bir enine-kesitli reaksiyonlar tercih edilmektedir. Bu düşük bir ima Lawson kriterini , ve dolayısıyla daha az başlatma çabası. Başka bir sorun, reaktör yapısını radyolojik aktive nötron, üretim değil, aynı zamanda, füzyon enerjisi ve hacimsel çıkarma izin avantajlara sahip trityum ıslah. Herhangi bir nötron serbest reaksiyonları olarak adlandırılır anötronik . Yararlı bir enerji kaynağı olması, bir füzyon reaksiyonu çeşitli kriterleri karşılaması gerekir. Bu gerekir: Be ekzotermik : Bu düşük Z (proton sayısı) yan için tepkime sınırlar enerji bağlanma eğrisi . Ayrıca, helyum yapar 4 O olmasına rağmen, çünkü son derece sıkı bağlanma en yaygın ürün 3 O ve H 3 de görünür. Düşük Z çekirdekleri içerir: çekirdekleri kaynaştırmak için yeterince yakın önce elektrostatik itme aşılmalı olmasıdır. İki reaktantlarına: yıldız yoğunlukları daha az bir şey olarak, üç vücut çarpışmalar çok olanaksızdır. Atalet hapsi, yıldız yoğunlukları ve sıcaklıkları hem de Lawson kriter, ICF'in çok kısa kapatılma zaman üçüncü parametresinin eksiklikleri telafi etmek için aşılmaktadır. Iki veya daha fazla ürün var: Bu elektromanyetik kuvvet dayanmadan enerji ve momentumun korunumu eşzamanlı sağlar. Protonları ve nötronları hem koruyun: Zayıf etkileşim kesitleri çok küçüktür. Birkaç reaksiyonlar bu kriterleri karşılar. Büyük kesitli olanlar (1) 2 1 D + 3 1 T → 4 2 O ( 3.5 MeV ) + n, ( 14.1 MeV ) (2R) 2 1 D + 2 1 D → 3 1 T ( 1.01 MeV ) + p + ( 3.02 MeV ) % 50 (2II) → 3 2 O ( 0.82 MeV ) + n, ( 2.45 MeV ) % 50 (3) 2 1 D + 3 2 O → 4 2 O ( 3.6 MeV ) + p + ( 14.7 MeV ) (4) 3 1 T + 3 1 T → 4 2 O + 2 n = + 11.3 MeV (5) 3 2 O + 3 2 O → 4 2 O + 2 p + + 12.9 MeV (6i) 3 2 O + 3 1 T → 4 2 O + p + + n, + 12.1 MeV % 57 (6ii) → 4 2 O ( 4.8 MeV ) + 2 1 D ( 9.5 MeV ) 43% (7i) 2 1 D + 6 3 Li → 2 4 2 O + 22.4 MeV (7ii) → 3 2 O + 4 2 O + n, + 2.56 MeV (7iii) → 7 3 Li + p + + 5.0 MeV (7iv) → 7 4 Be + n, + 3.4 MeV (8) p + + 6 3 Li → 4 2 O ( 1.7 MeV ) + 3 2 O ( 2.3 MeV ) (9) 3 2 O + 6 3 Li → 2 4 2 O + p + + 16.9 MeV (10) p + + 11 5 B → 3 4 2 O + 8.7 MeV Nükleosentez Stellar nükleosentez Big Bang nükleosentez Supernova nükleosentez Kozmik ışın spallation iki ürünleri ile reaksiyonları için, enerji, kütleleriyle ters orantılı olarak bunların arasında bölünmüştür. Üç ürün çoğu reaksiyonlarda, enerji dağılımı değişir. Ürün daha fazla grubu ile sonuçlanabilir reaksiyonlar için, dallanma oranları verilmektedir. Bazı reaksiyon adaylar kerede yok edilebilir. [19] D-6 Li reaksiyon ile karşılaştırıldığında herhangi bir avantaja sahiptir , p + - 11 5 B onu yakmak için kabaca olarak zordur ama üzerinden önemli ölçüde daha fazla nötron üretir çünkü 2 1 D - 2 1 D yan reaksiyonlar. Bir de var p + - 7 3 Li bir reaksiyon kullanılarak fakat kesit alanı, muhtemelen T i> 1 MeV, ancak bu tür yüksek sıcaklıklarda bir endotermik, direkt nötron üreten reaksiyon da çok önemli hale gelir dışında, çok düşüktür. Son olarak da var p + - 9 4 Be yakmak için sadece zor değil reaksiyon, ancak 9 4 Be kolayca iki alfa parçacıkları ve bir nötron bölmek indüklenebilir. Füzyon reaksiyonlara ilave olarak, nötron ile aşağıdaki reaksiyonlar "kuru" füzyon bomba ve bazı önerilen füzyon reaktörlerde trityum "beyaz" için önemlidir: n, + 6 3 Li → 3 1 T + 4 2. O, 4.784 MeV + n, + 7 3 Li → 3 1 T + 4 2 O + n MeV 2.467 - ABD yürüttüğümüz iki denklemin ikinci bilinmeyen Castle Bravo sadece hiç test ikinci füzyon bombası (ve lityum kullanmak için ilk) olmak., 1954 yılında füzyon bombası testi, Castle Bravo "karides" tasarımcıları anladığını Lityum-6 trityum üretim kullanışlılığı, ama Lityum-7 fizyon büyük bomba verimini artıracağını tanımak için başarısız olmuştu. Li-7 düşük nötron enerjileri için küçük bir nötron kesite sahip olsa da, bu 5 MeV üzerinde daha yüksek bir enine kesite sahiptir. [20] Li-7 nedeniyle de fisyon sonra bir nötronun serbest bırakmak için bir zincir reaksiyonuna uğrar. 15 Mt verimi tahmin 6 Mt den% 150 daha yüksek olduğunu ve oluşturulan serpinti ağır kayıplara neden oldu. Bu reaksiyonların yararlılığını değerlendirmek için, reaktantların, ürünlerin ve serbest enerjisine ek olarak, bir enine kesiti ile ilgili bir şey bilmelidir. Herhangi bir füzyon cihazı sürdürmek maksimum plazma basınç vardır, ve ekonomik bir cihaz her zaman bu maksimuma yakın çalışacaktır. <Σv> / T 2 en fazla böylece sıcaklık seçilir, bu basınç göz önüne alındığında, en büyük füzyon çıkış elde edilir. Bu, aynı zamanda için gerekli olan üç ürün nT τ değeri olan sıcaklıktır kontak ki istenen değer (bakınız <σv> / T 2 ile ters orantılı olduğu için, bir minimum ölçüt Lawson ). (Füzyon reaksiyonları dış ısıtma olmaksızın sıcaklığının muhafaza edilmesi için yeterli güç üretmek ise bir plazma "alev" dir.) Bu sıcaklıkta bu optimum sıcaklık ve <σv> / T 2 değeri aşağıdaki Bu reaksiyonlar, birkaç için verilir tablo. yakıt T [keV] <Σv> / T 2 [m 3 / s / keV 2] 2 1 D - 3 1 T 13.6 1.24 × 10 -24 2 1 D - 2 1 D 15 1.28 × 10 -26 2 1 D - 3 2 O 58 2.24 × 10 -26 p + - 6 3 Li 66 1.46 × 10 -27 p + - 11 5 B 123 3.01 × 10 -27 Reaksiyonların çok uzun zincirler oluşturmak unutmayın. Örneğin, bir reaktör 3 ile beslenen 1 T ve 3 2 O bazı 2 yaratır 2 kullanmak mümkün olur 1 D, 1 D - 3 2 O reaksiyonu enerjileri "doğru" olup olmadığını. Zarif bir fikir reaksiyonları (8) birleştirmek ve (9). 3 2 O reaksiyonundan (8) 6 ile reaksiyona girerek Reaksiyonunda Li 3 (9) tam olarak thermalizing önce. Bu da thermalizing önce (8) reaksiyonundan enerjik proton üretir. Detaylı analizi bu fikir [iyi işe yaramayacağını gösteriyor ancak bir olağan varsayımı bir durumda iyi bir örnektir Maxwell plazmada uygun değildir. Neutronicity, hapsi gereksinimi ve güç yoğunluğu Ulaşmak için sadece insan yapımı füzyon aygıt ateşleme bugüne kadar olan hidrojen bombası . İlk cihazın patlama, kod adı Ivy Mike , 1952 yılında meydana gelen ve burada gösterilir. Yukarıdaki reaksiyonların herhangi prensipte temeli olabilir füzyon güç üretimi. Sıcaklık ve yukarıda ele kesiti ek olarak, füzyon ürünleri E FUS toplam enerji yüklü füzyon ürünleri E ch enerjisini ve non-hidrojenik reaktanın atom numarası Z göz önünde bulundurmalıdır. 2 Teknik 1 D - 2 1 D tepki olsa da, bazı zorluklar gerektirir. Ile başlamak için, bir iki şubesi (2i) üzerinde ortalama ve (2II). Gerekir Daha zor 3 tedavi nasıl karar verecek 1 T ve 3 2. O ürünleri. 3 1 T, plazmadan elde etmek neredeyse imkansız bir döteryum plazmada çok iyi yakar. 2 1 D - 3 2 O Reaksiyon, çok daha yüksek bir sıcaklıkta en iyi duruma, bu yüzden optimum 2 de burnup 1 D - 2 1 D sıcaklığı düşük olabilir, bu nedenle 3 varsaymak mantıklı görünmektedir 1 T, ancak 3 2. O kadar yanmış ve net reaksiyonla enerji ekler alır. Böylece toplam reaksiyon (2i) toplamı olmak, (2II) ve (1) olur: 5 2 1 D → 4 2 O 2 + n + 3 2 O + p + , E FUS = 4.03 17,6 3,27 = 24,9 MeV, E ch = 4,03 +3,5 +0,82 = 8,35 MeV. Biz 2 saymak 1 D - 2 DD reaksiyon başına 1 D füzyon enerji (değil döteryum atomu çifti başına) gibi e ch = (4.03 +3.5 +0.82) / 2 gibi yüklü parçacıkların E fus = (4.03 17,6 3,27) / 2 = 12,5 MeV ve enerji = 4.2 MeV. (Not: trityum iyon hala büyük bir kinetik enerji, 3,5 MeV oldukça farklı olabilir üretilen helyum-4 daha sonra kinetik enerji, bir yandan, Deuteron ile reaksiyona eğer öyleyse, yüklü parçacıkların bu enerji hesaplama sadece yaklaşık değerlerdir. ) 2 diğer benzersiz yönü 1 D - 2 1 D Reaksiyon, reaksiyon hızını hesaplarken dikkate alınması gereken tek tepkime maddesi, olmasıdır. Bu seçenek ile, en önemli reaksiyonların dört parametreleri tablolaştırıyoruz yakıt Z E fus [MeV] E ch [MeV] neutronicity 2 1 D - 3 1 T 1 17.6 3.5 0.80 2 1 D - 2 1 D 1 12.5 4.2 0.66 2 1 D - 3 2 O 2 18.3 18.3 ~ 0.05 p + - 11 5 B 5 8.7 8.7 ~ 0.001 Son sütunu olan neutronicity reaksiyonu, nötron olarak piyasaya füzyon enerjisi fraksiyonu. Bu radyasyon hasarı ve biyolojik koruyucu, uzaktan işleme ve güvenlik gibi nötron ilişkili sorunların büyüklüğü önemli bir göstergedir. / E FUS - ilk iki reaksiyon için bu (E chE FUS) olarak hesaplanır. Bu hesaplama sıfır verecek son iki reaksiyonlar için, alıntı değerler termal dengedeki bir plazmada nötron üreten yan reaksiyonlara dayanan kaba tahminlerdir. Tabii ki, reaktanlar da uygun oranlarda karıştırılır. Her bir reaktan iyon artı ilişkili elektron yarısı basınç oluşturmaktadır, bu böyledir. Toplam basınç sabit olduğu varsayıldığında, bunun non-hidrojenik iyonu yoğunluğu faktörü 2 / (göre hidrojenik iyonunun daha küçük olduğu anlamına gelir Z +1). Bu nedenle, bu reaksiyonlara yönelik olarak oran <σv> / T değerleri herhangi bir farklılıklar üstüne, aynı faktörü ile azaltılır 2 . Öte yandan, çünkü 2 1 D - 2 1 D reaksiyon, kuru yakıt ve böylece daha etkin bir tepki yaratmak, iki farklı hidrojenik türler arasında bölündüğünde iki kat daha yüksek olduğu, tek bir reaktif vardır. Böylece füzyon reaksiyonu katılan olmadan baskı almak daha elektron gerektiren gerçeğinden kaynaklanan olmayan hidrojenik yakıtlar için (2 / (Z +1)) bir "ceza" var. (Genellikle elektron sıcaklığı iyon sıcaklığına hemen hemen eşit olacağı iyi bir varsayımdır. Bazı yazarlar, ancak elektron iyonları büyük ölçüde daha soğuk muhafaza edilmesi olasılığını tartışmaktadır. Böyle bir durumda, bir "sıcak iyonu olarak bilinir modu "," ceza için bir faktör 2 bonus "". geçerli olmaz) bir aynı anda var " 2 1 D - 2 1 D her iyon bir kısmını değil sadece, diğer iyonların herhangi bir reaksiyona çünkü Bunların. Biz, şimdi, aşağıdaki tabloda bu reaksiyonlar karşılaştırın. yakıt <Σv> / T 2 ceza / bonus reaktivite Lawson kriter güç yoğunluğu (W / m 3 / kPa 2 ) güç yoğunluğu ilişkisi 2 1 D - 3 1 T 1.24 × 10 -24 1 1 1 34 1 2 1 D - 2 1 D 1.28 × 10 -26 2 48 30 0.5 68 2 1 D - 3 2 O 2.24 × 10 -26 2/3 83 16 0.43 80 p + - 6 3 Li 1.46 × 10 -27 1/2 1700 0.005 6800 p + - 11 5 B 3.01 × 10 -27 1/3 1240 500 0.014 2500 <Σv> / T maksimum değer 2 , bir önceki tablodan alınır. "Ceza / bonus" faktörü olmayan bir hidrojenik maddesi veya tek tür reaksiyonu olduğunu ilgilidir. Sütun "reaktivite" içindeki değerler 1,24 bölünmesiyle bulunan x 10 -24 , ikinci ve üçüncü kolonların ürünüdür. Bu, diğer reaksiyonlar daha yavaş fazla ortaya çıktığı ile faktörü belirtir 2 1 D - 3 1 T karşılaştırılabilir koşullar altında reaksiyon. Sütun " Lawson kriter "ağırlıkları ile bu sonuçlar, E ch ve için zorluk göre bu reaksiyonları ile ateşleme elde etmek için ne kadar çok daha zor bir göstergesini verir, 2 1 D - 3 1 T reaksiyonu. Son sütun "güç yoğunluğu" ve ağırlıkları ile pratik reaktivite etiketli E FUS . Bu, diğer reaksiyonlar füzyon güç yoğunluğu kıyasla ne kadar çok daha düşük olduğunu gösterir 2 1 D - 3 1 T reaksiyonu ve ekonomik potansiyelinin bir ölçüsü olarak kabul edilebilir. Quasineutral, izotropik plazmalardaki bremsstrahlung kayıpları Birçok sistemlerde füzyon geçiren iyonlar esasen tek başına ortaya asla ama karışık olacak elektronların agrega iyonlarının toplu nötralize elektrik yükü ve bir oluştururlar plazma . Elektronlar, genellikle karşılaştırılabilir veya iyonların daha yüksek bir sıcaklığa sahip olacak, bu yüzden iyonları ile çarpışır ve yayarlar x-ışını 10-30 keV enerji (radyasyon Bremsstrahlung ). Güneş ve yıldızların opak x-ışınlarına, ama aslında herhangi bir karasal füzyon reaktörü olacak optik ince bu enerji aralığında x-ışınları için. X-ışınları yansıtan zordur ancak etkin bir şekilde absorbe (ve ısıya dönüştürülür) (a reaktör kalkanın parçası olan), paslanmaz çelik mm'den daha az kalınlıkta edilir. X-ışını radyasyonuna üretilen füzyon gücü oranı duvarlarına kaybedilen liyakat önemli bir rakamdır. Bu oran genel olarak güç yoğunluğu (bir önceki alt bölümüne bakın) maksimize bu da çok daha yüksek bir sıcaklıkta maksimize edilir. Aşağıdaki tablo çeşitli reaksiyonlar için en uygun sıcaklık ve bu sıcaklıkta güç oranı tahminleri göstermektedir. [ 19 ] yakıt T i (keV) P füzyon / P Bremsstrahlung 2 1 D - 3 1 T 50 140 2 1 D - 2 1 D 500 2.9 2 1 D - 3 2 O 100 5.3 3 2 O - 3 2 O 1000 0.72 p + - 6 3 Li 800 0.21 p + - 11 5 B 300 0.57 Bremsstrahlung gücüne füzyon gerçek oranları olası çeşitli nedenlerden dolayı önemli ölçüde daha düşük olacaktır. Biri için, hesaplama füzyon ürünlerinin enerji sonra Bremsstrahlung enerji kaybetmek çarpışmalar tarafından elektronlara enerji kaybetmek yakıt iyonları, tamamen iletilen olduğunu varsayar. Füzyon ürünleri yakıt iyonların daha hızlı hareket Ancak, çünkü onlar doğrudan elektronların enerjilerinin önemli bir kısmını verecek. İkinci olarak, plazma içindeki iyonlar sadece yakıt iyonları olduğu varsayılır. Uygulamada, daha sonra oranını düşürecektir yabancı madde iyonlarının önemli bir bölümü söz konusu olacaktır. Özel olarak, füzyon ürünleri kendileri gerekir kendi enerji verilmiş kadar plazma içinde kalır ve doyurmaya önerilen herhangi bir sınırlama düzeni bundan sonra bir süre kalır. Son olarak, Bremsstrahlung dışındaki enerji kaybı tüm kanalları ihmal edilmiştir. Son iki faktörler ilişkilidir. Teorik ve deneysel gerekçesiyle, parçacık ve enerji hapsi yakından ilişkili görünmektedir. Enerji istinat iyi bir iş yapan bir hapsi düzeni, füzyon ürünleri kuracaksınız. Füzyon ürünleri etkin bir şekilde atılır ise, o zaman enerji sınırlandırıcı çok zayıf olacaktır. Bremsstrahlung ile karşılaştırıldığında füzyon gücünü maksimize sıcaklıklar güç yoğunluğunu artırır ve gerekli değeri minimize sıcaklığından daha yüksek olan, her durumda üç füzyon ürünü . Bunun için optimum çalışma noktasını değiştirmek olmaz 2 1 D - 3 1 T Bremsstrahlung fraksiyonu düşük olduğundan çok, ama güç yoğunluğu göreceli nerede rejimleri içine diğer yakıtların itecektir 2 1 D - 3 1 T daha da düşük ve gerekli sınırlandırıcı daha da zor elde etmek. Için 2 1 D - 2 1 D ve 2 1 D - 3 2 O , Bremsstrahlung kayıpları ciddi, muhtemelen engelleyici sorun olacaktır. Için 3 2 He - 3 2 O , p + - 6 3 Li ve p + - 11 5. B Bremsstrahlung kayıpları quasineutral, imkansız izotropik plazma ile bu yakıtları kullanan bir füzyon reaktörü yapmak için görünür. Bu ikilemin dışında bazı yolları kabul ve reddedilen-in plazma füzyon sistemlerde temel sınırlamalar değil, termodinamik dengede Todd Rider tarafından . [ 21 ] Bu sınırlama olmayan nötr ve anizotropik plazmalar için geçerli değildir; Ancak, bu mücadele için kendi zorlukları var. Nükleer teknoloji portalı Fizik portalı Enerji portalı Anötronik füzyon CNO döngüsü Doğrudan dönüşüm Eylemsizlik elektrostatik hapsi Odak füzyon Fusenet Fusion güç Fusion roket Helyum-3 Darbe üreteci ITER Ortak Avrupa Torus Füzyon deneyi Listesi Plazma (fizik) makaleleri listesi Ulusal Ateşleme Tesisi Nükleer parçalanma Nükleer fizik Atom reaktörü Nükleosentez Nötron jeneratör Nötron kaynağı Periyodik tablo Polywell Proton-proton zinciri Darbeli güç Teller-Ulam tasarım Termonükleer füzyon Nükleer füzyon Timeline Triple-alfa süreci