Fusão nuclear
Fusão nuclear , processo pelo qual as reações nucleares entre luz elementos formam elementos mais pesados (até o ferro). Nos casos em que os núcleos interagentes pertencem a elementos com baixa números atômicos (por exemplo., hidrogênio [número atômico 1] ou seus isótopos deutério e trítio), quantidades substanciais de energia são lançados. O vasto potencial energético da fusão nuclear foi explorado pela primeira vez em armas termonucleares, ou bombas de hidrogênio, que foram desenvolvidas na década imediatamente após a Segunda Guerra Mundial. Para uma história detalhada deste desenvolvimento, Vejo arma nuclear . Enquanto isso, as potenciais aplicações pacíficas da fusão nuclear, especialmente em vista do suprimento essencialmente ilimitado de combustível de fusão na Terra, encorajaram um imenso esforço para aproveitar esse processo para a produção de energia. Para obter informações mais detalhadas sobre este esforço, Vejo reator de fusão .
fusão ativada por laser Interior do Departamento de Energia dos EUA National Ignition Facility (NIF), localizado no Lawrence Livermore National Laboratory, Livermore, Califórnia. A câmara-alvo do NIF usa um laser de alta energia para aquecer o combustível de fusão a temperaturas suficientes para a ignição termonuclear. A instalação é usada para ciência básica, pesquisa de energia de fusão e teste de armas nucleares. Departamento de Energia dos EUA
Este artigo enfoca a física da reação de fusão e os princípios de obtenção de reações de fusão que produzem energia sustentada.
A reação de fusão
Reações de fusão constituir a fonte de energia fundamental das estrelas, incluindo o sol . A evolução das estrelas pode ser vista como uma passagem por vários estágios, pois as reações termonucleares e a nucleossíntese causam mudanças na composição ao longo do tempo. Hidrogênio (H) a queima inicia a fonte de energia de fusão das estrelas e leva à formação de hélio (Ele). A geração de energia de fusão para uso prático também depende de reações de fusão entre os elementos mais leves que queimam para formar o hélio. Na verdade, os isótopos pesados de hidrogênio - deutério (D) e trítio (T) - reagem mais eficientemente um com o outro e, quando sofrem fusão, produzem mais energia por reação do que dois núcleos de hidrogênio. (O núcleo de hidrogênio consiste em um único próton . O núcleo de deutério tem um próton e um nêutron, enquanto o trítio tem um próton e dois nêutrons.)
Reações de fusão entre elementos leves, como reações de fissão que dividem elementos pesados, liberam energia por causa de uma característica chave da matéria nuclear chamada de energia de ligação , que pode ser liberado por fusão ou fissão. A energia de ligação do núcleo é uma medida do eficiência com o qual é constituir núcleons estão ligados. Pegue, por exemplo, um elemento com COM prótons e N nêutrons em seu núcleo. Os elementos peso atômico PARA é COM + N , e os seus número atômico é COM . A energia de ligação B é a energia associada à diferença de massa entre o COM prótons e N nêutrons considerados separadamente e os núcleos ligados entre si ( COM + N ) em um núcleo de massa M . A fórmula é B = ( COM m p + N m n - M ) c dois,Onde m p e m n são as massas de prótons e nêutrons e c é o velocidade da luz . Foi determinado experimentalmente que a energia de ligação por núcleo é um máximo de cerca de 1,4 10-12joule em um número de massa atômica de aproximadamente 60 - isto é, aproximadamente o número de massa atômica de ferro . Consequentemente, a fusão de elementos mais leves que o ferro ou a divisão de elementos mais pesados geralmente leva a uma liberação de energia.
Dois tipos de reações de fusão
As reações de fusão são de dois tipos básicos: (1) aquelas que preservam o número de prótons e nêutrons e (2) aquelas que envolvem uma conversão entre prótons e nêutrons. As reações do primeiro tipo são mais importantes para a produção prática da energia de fusão, enquanto as do segundo tipo são cruciais para o início da queima de estrelas. Um elemento arbitrário é indicado pela notação PARA COM X , Onde COM é a carga do núcleo e PARA é o peso atômico. Uma reação de fusão importante para a geração prática de energia é aquela entre o deutério e o trítio (a reação de fusão D-T). Ele produz hélio (He) e um nêutron ( n ) e está escritoD + T → He + n .
À esquerda da seta (antes da reação) existem dois prótons e três nêutrons. O mesmo é verdade à direita.
A outra reação, aquela que inicia a queima de estrelas, envolve a fusão de dois núcleos de hidrogênio para formar o deutério (a reação de fusão H-H):H + H → D + β++ ν,onde β+representa um pósitron e ν representa um neutrino. Antes da reação, existem dois núcleos de hidrogênio (ou seja, dois prótons). Depois, há um próton e um nêutron (unidos como o núcleo do deutério) mais um pósitron e um neutrino (produzidos como conseqüência da conversão de um próton em um nêutron).
Ambas as reações de fusão são exoérgicas e, portanto, geram energia. O físico alemão Hans Bethe propôs na década de 1930 que a reação de fusão H-H poderia ocorrer com uma liberação líquida de energia e fornecer, junto com as reações subsequentes, a fonte de energia fundamental que sustenta as estrelas. No entanto, a geração prática de energia requer a reação D-T por duas razões: primeiro, a taxa de reações entre o deutério e o trítio é muito maior do que entre os prótons; em segundo lugar, a liberação de energia líquida da reação D-T é 40 vezes maior do que a da reação H-H.
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