KURZUS: Bevezetés a nukleáris technikába

MODUL: IV. modul: Hasadásos és fúziós energia termelés. Részecskegyorsítók

11. lecke: A fúziós energiatermelés alapjai

| Feldolgozandó:
Fúziós folyamatok (Sükösd 10.1.-10.2.: 232-235. old.) A szabályozott magfúzió lehetőségei (Sükösd 10.3.: 236-238. old.) A Lawson-kritérium teljesítésének két útja (Sükösd 10.4., 238-247. old.)
Tanulási célok:
A lecke anyagának feldolgozása után ismerni fogja:
a fúziós energiatermelés szempontjából legértékesebb magreakciókat. a csillagokban lejátszódó magfúziós folyamatokat. a Lawson-kritériumot és teljesítésének két módját. a plazma összetartás módszereit. a plazma felfűtésének lehetőségeit. a fúziós energiatermelés jövőbeli kilátásait.
A lecke anyagának rövid összefoglalása
A maghasadás mellett a nukleáris energiatermelés másik útja a magfúzió. A könnyű atommagok fúziója során kötési energia szabadul fel. A fúziót az atommagok elektrosztatikus taszítása gátolja, ezért csak valamekkora aktiválási energia befektetésével hozható létre. A fúziós energiatermelés egyedüli járható útja jelenleg a termikus aktiválás. A termikus aktiváláshoz mintegy 107-108 K hőmérséklet szükséges. Ezen a hőmérsékleten az anyag már teljesen ionizált, un. plazmaállapotba kerül.
A fúziós energiatermelés szempontjából a 2H+2H és a 2H+3H magreakciók a legértékesebbek. A csillagok belsejében is termikusan aktivált magfúziók játszódnak le. A hidrogén égető csillagok színképéből azonban kiderül, hogy bennük alig van deutérium és trícium. Ezekben a csillagokban könnyű hidrogénből keletkezik hélium az un. proton-proton ciklus végtermékeként. A csillagokban lejátszódó fúziós folyamatokban a nagyobb rendszámú elemek katalizátor szerepet játszhatnak. Erre példa a hidrogén fúzió CNO ciklusa.
A tapasztalatok szerint a fúzió megindulása és fenntartása szempontjából a plazmát elegendően nagy sűrűséggel, elegendően magas hőmérsékleten, elegendően hosszú ideig együtt kell tartani. Ezt fejezi ki a Lawson-kritérium. A Lawson-kritérium teljesítésének egyik módja az inerciális fúzió, a másik a mágneses mezőbe zárt plazmában létrejövő fúzió. A mágneses mezőbe zárt plazmát a Stellarátorban és a TOKAMAK-ban hozzák létre.
A fúziós reakciók beindításához a plazmának igen magas hőmérsékletűnek kell lenni. A plazma felmelegítésére, hevítésére többféle megoldás ismert, az ohmikus hevítés, a mikrohullámú és a rádiófrekvenciás fűtés, a nagy intenzitású részecske besugárzás és a lézeres hevítés.

| Ellenőrző kérdések
1. A hidrogén égető csillagokban lejátszódó magfúziós folyamatok közül melyik a legjelentősebb?
| a) a proton-proton ciklus.
| b) a CNO ciklus.
| c) a 2H+2H fúzió.
| d) a 2H+3H fúzió.
2. Mit fejez ki a Lawson-kritérium?
| a) A plazma sűrűségének és hőmérsékletének a szorzata meg kell haladjon egy kritikus értéket.
| b) A plazma energia-összetartási idejének és hőmérsékletének a szorzata meg kell haladjon egy kritikus értéket.
| c) A plazma sűrűségének és energia-összetartási idejének szorzata meg kell haladjon egy kritikus értéket.
| d) A plazma sűrűségének és energia-összetartási idejének a hányadosa meg kell haladjon egy kritikus értéket.
3. Az inerciális fúziónál a Lawson-kritérium teljesülése érdekében...
| a) az energia-összetartási időt növeljük.
| b) egyszerre növeljük az energia-összetartási időt és a plazma sűrűségét.
| c) a plazma hőmérsékletét növeljük.
| d) nagyon nagy plazmasűrűséget próbálunk előállítani.
4. Melyik berendezésben alkalmaznak megcsavart tekercseket a megcsavart mágneses mező létrehozásához?
| a) a Stellarátorban.
| b) a TOKAMAK-ban.
| c) a JET-ben.
| d) az ITER-ben.