Deuteron és triton fúziója Nagy Sándor honlapjára A Nukleáris Címszavak Glosszáriumába, melyhez ez a lap is tartozik

d-t fúzió tömegközépponti rendszerben

 

A felső rollover animáció tömegközépponti rendszerben, az alsó laboratóriumi rendszerben mutatja a 2H + 3H (5He) 4He + 1n reakciót, a fúziós reaktorok remélhető energiatermelő folyamatát. (A folyamat Q-értéke igen nagy: ~17,6 MeV.) A animációt fedő ábrákon az egyenes szakaszok a sebesség nagyságát és a mozgás vonalát jelzik egyazon speciális geometriájú kimenetel esetében a számtalan lehetséges közül. Az animációk hűen tükrözik az energia- és impulzusmegmaradást arra az esetre vonatkozóan, amikor a laboratóriumi rendszerben a 2H 0,55 MeV-es energiával rohan a nyugvó 3H magjába. Ez a 0,55 MeV a Coulomb-gát durva becslésének tekinthető, melyre kT = ~5000 MK, szemben a Nap maghőmérsékletével, mely "csupán" ~15 MK , ami elgondolkodtató. Tudniillik, ha a Nap belseje ilyen "hideg", akkor mi teszi lehetővé benne pl. a p-p fúziót? A megoldás egyrészt a Maxwell-sebességeloszlásban (pontosabban a Maxwell-Boltzmann-energiaeloszlásban), másrészt az alagúthatásban rejlik. Az egyik arról gondoskodik, hogy ha nagyon sok és nagyon "forró" részecske van együtt, akkor a lökdösődés folytán mindig legyenek köztük olyanok, amelyek egy fajta "pilótajáték" keretében annyi energiát szednek össze a többitől, ami képessé teszi őket a Coulomb-gát legyőzésére. A másik pedig arra jó, hogy ha nem is elég a részecske energiája ahhoz, hogy áthágjon a Coulomb-gáton, egy fajta kvantummechanikai egérúton/kiskapun mégiscsak átbújhasson a túloldalra. Ne feledjük azt sem, hogy a Nap magjában az atomok/magok eleve nagy sűrűségben mozognak (160 g/cm3 szemben a földi víz 1 g/cm3 sűrűségével), s a "pilótajáték" nyertesei részben egymással szemben rohannak. Mindenesetre a szakirodalom alapján készült sematikus ábra mutatja, hogy a d-t fúzió ténylegesen sokkal kisebb energiánál ~0,1 MeV-nél) megy végbe, ami persze még mindig igen sok, bár a fenti animációkat már alig lehetne megkülönböztetni egymástól.

 

A fenti grafikon szerint a d-t fúzió hatáskeresztmetszete meglepően alacsony deuteronenergiánál (~0,1 MeV-nél) maximumot ér el. A maximális érték (5 barn) igen tekintélyesnek mondható, tekintve, hogy töltött részecskék reakciójáról van szó, mely esetben aszimptotikusan is csak 1 b körüli értékre lehet számítani. Vagyis a 0,55 MeV-es Coulomb-gát alaposan fölébecsült érték. Ehhez tudni kell, hogy az értéket azzal a feltevéssel számoltam, hogy a magrádiusz-formula nemcsak nehéz magokra érvényes, hanem a deuteronra és a tritonra is. Az alábbi ábra azonban, melyet Papp Gábor és Németh Judit jegyzete alapján készítettem, azt sejteti, hogy a feltevés nem jogosult.

A fenti ábra a proton és a neutron középpontjának távolságeloszlását mutatja a deuteronban. A színes zónák határa ott van felvéve, ahol az a derékszügű potenciálgödör végződik, mely a számítási modell szerint a két részecskét összetartja. A gödörből "kilógó" piros terület (beleértve azt, ami nem látszik belőle) jóval több mint a fele az összterületnek, ami azt jelenti, hogy a deuteron (noha stabil) igen laza képződmény, melyben az alkotórészek "munkaidejük" jelentős részét egymás hatótávolságán kívül töltik. (A lazaságot jellemzi, hogy a deuteron térfogata mintegy négyszerese az alfa-részecske térfogatának, holott az utóbbit gondolnánk kétszer akkorának. Ezzel összhangban van az is, hogy a 2H egy nukleonra eső kötési energiája mindössze 1,1 MeV, szemben a 4He 7,1 MeV-es B/A értékével.) Tudni kell, hogy adott rendszám (magtöltés) mellett egy mag Coulomb-gátja annál kisebb, minél nagyobb a magrádiusz (~1/RN-nel arányos), ami részben megmagyarázná a felülbecslést.


Vissza Nagy Sándor honlapjára. Releváns |tIt| kínálat: Nukleáris Glosszárium