Plazma Úvod Elementární procesy Diagnostika plazmatu Výboje Kosmické plazma Aplikace Termonukleární fúze Problémy Využití laserů Současnost a budoucnost Experimenty Laboratoř elementárních procesů Laboratoř procesů ve výboji Laboratoř plazmové chemie Rejstřík Autoři

Termonukleární fúze

Rozvoj a studium elementární fyziky plazmatu byl v podstatě podnícený především snahou pochopit a vysvětlit děje probíhající ve vysokoteplotním plazmatu. To je totiž jeden z předpokladů ke zvládnutí problému řízené termonukleární reakce. Jelikož zásoby vodíku, který by konečný reaktor vyžadoval, jsou prakticky nevyčerpatelné, dosažení tohoto cíle by znamenalo získání téměř neomezeného zdroje energie.

Princip termonukleární fúze

Děj nukleární fúze je principiálně inverzní k ději jaderného štěpení. Jeho využití je založené na poznatku, že při slučovaní (fúzi) jader lehkých prvků vzniká určité množství energie, což vyplývá z rozdílu vazbových energií jednotlivých prvků (viz obr. vpravo).

Možné reakce

Jaderné reakce, které vyhovují požadavkům kladeným na dostupnost paliva, energetický zisk a jejich technickou uskutečnitelnost, jsou následující:

D + T	→	⁴He (3,5 MeV) + n (14,1 MeV)	(1)
n + ⁶Li	→	⁴He (2,1 MeV) + T (2,7 MeV)
D + D	→	T (1 MeV) + p (3 MeV)	(2)
	→	³He (0,8 MeV) + n (2,5 MeV)

Nespornou výhodou druhé sady reakcí je nepřítomnost těžkého izotopu vodíku – tricia (T) a lithia (Li) na straně reaktantů, čímž by se minimalizoval nepříznivý vliv na životní prostředí a nároky kladené na dostupnost paliva. Lákavou možnost představují i nabité částice na straně produktů, čímž by bylo možné vyrábět přímo elektrickou energii bez použití tepelného cyklu, který má nízkou účinnost. Nevýhodou, a z technického hlediska limitujícím faktorem, jsou vyšší nároky kladené na plazma. Prvá generace termonukleárních reaktorů proto bude pravděpodobně založená na využití první sady reakcí.

Vysoké energie

K tomu, aby skutečně proběhly reakce uvedené výše, je potřebné, aby kladné ionty vstupující do reakcí překonaly Coloumbovskou bariéru a přiblížily se k sobě na relativně malou vzdálenost. Účinný průřez (σ) těchto reakcí je silně závislý na teplotě a maxima dosahuje přibližně při 100 keV. Za těchto energií již nemá smysl uvažovat jednotlivé látky vstupující do reakcí, ale k celému systému přistupujeme na základě poznatků získaných v oboru vysokoteplotního plazmatu.

Zápalná teplota

Aby se teplota plazmatu zachovala a reakce mohla probíhat kontinuálně, je potřeba, aby výkon, vzniklý při daných reakcích, byl vyšší než výkon ztrácející se brzdným zářením elektronů. To pro první sadu rovnic dává vztah:

$n_D n_T \sigma_\nu W = 5*10^{-43} Z^2 n^2 \sqrt{kT_e}$

(3)

kde n_D je koncentrace deuteria (D), n_T koncentrace tricia (T), σ_ν je vystředované přes Maxwellovské rozdělení, W je energie uvolňující se při každé reakci a T_e je teplota elektronů. Zápalná teplota, kterou definujeme jako teplotu, při které rovnice (3) platí, je pak pro první sadu reakcí (D-T) asi 4 keV a pro druhou sadu reakcí (D-D) asi 35 keV.

Praktické požadavky

Další podmínkou, kladenou zejména z praktického hlediska, je podmínka, aby při termonukleární reakci vzniklo více energie, než je potřebné k ohřevu plazmatu a náhradě ztrát zářením. Znamená to v podstatě určité požadavky kladené na hustotu plazmy n, na dobu udržení t a na teplotu T. Prakticky tuto podmínku vyjadřuje Lawsonovo kriterium:

$n t T > 5*10^{21} m^{-3}.s.keV.$

(4)

<< Předchozí (Aplikace)

[Nahoru]