Fuziunea Termonucleară

1. Introducere

Reacţia nucleară

Reacţia nucleară este un proces fizic care constă în ciocnirea nucleilor atomici între ei, sau cu o particulă elementară rezultând astfel o reacţie de fuziune sau fisiune nucleară prin formarea unor atomi noi cu proprietăţi diferite de atomii iniţiali.

Prin această reacţie de dezintegrare şi transformare atomică, vor fi eliberate particule elementare, energie luminoasă, calorică şi sub formă de radiaţii.

Fisiunea nucleară

Fisiunea nucleară, cunoscută şi sub denumirea de fisiune atomică, este un proces în care nucleul unui atom se rupe în două sau mai multe nuclee mai mici, numite produşi de fisiune şi, în mod uzual, un număr oarecare de particule individuale. Aşadar, fisiunea este o formă de transmutaţie elementară. Particulele individuale pot fi neutroni, fotoni (uzual sub formă de raze gamma) şi alte fragmente nucleare cum ar fi particulele beta şi particulele alfa.

Fisiunea elementelor grele este o reacţie exotermică şi poate să elibereze cantităţi substanţiale de energie sub formă de radiaţii gamma şi energie cinetică a fragmentelor (încălzind volumul de material în care fisiunea are loc).

Fuziunea nucleară

Fuziunea nucleară este procesul prin care două nuclee atomice reacţionează pentru a forma un nou nucleu, mai greu decât nucleele iniţiale. Ca urmare a fuziunii se produc şi alte particule subatomice, ca de exemplu neutroni sau raze alfa (nuclee de heliu) sau beta (electroni sau pozitroni).

Din cauză că nucleele participante în fuziune sunt încărcate electric, reacţia de fuziune nucleară poate avea loc numai atunci când cele două nuclee au energie cinetică suficientă pentru a învinge potenţialul electric (forţele de respingere electrică) şi prin urmare se apropie suficient pentru ca forţele nucleare (care au rază de acţiune limitată) să poată rearanja nucleonii. Această condiţie presupune temperaturi extrem de ridicate dacă reacţia are loc într-o plasmă, sau accelerarea nucleelor în acceleratoare de particule.

Fuziunea nucleară este sursa principală de energie în stelele active.

2. Bazele reacţiei de fuziune termonucleară

Tipuri de reacţii termonucleare

Cele mai studiate reacţii termonucleare în ziua de azi sunt:

1) Reacţia Deuteriu – Deuteriu

La ciocnirea a două nuclee de Deuteriu rezultă un nucleu de heliu (particula alfa), cu o energie de 0.82 MeV, şi un neutron liber, care are o energie de 2.45 MeV.

Pentru ca o asemenea reacţie să aibă loc, conform calculelor s-a constatat că este nevoie de o temperatură de minim 100 milioane grade celsius.

2) Reacţia Deuteriu – Tritiu

Considerîndu-se principiul reacţiei de mai sus,

avînd la bază elementele Deuteriu şi Tritiu, ambele elemente fiind izotopi mai grei ale Hidrogenului, în urma ciocnirii cărora rezultă de asemenea o particulă alfa cu o energie de 3.5 MeV şi un neutron liber cu o energie de 14.1 MeV.

Pentru a avea loc, această reacţie necesită nu mai puţin de 50 milioane grade celsius.

Acest tip de reacţie stă la baza teoriei privind reacţiile termonucleare dirijate ce vor fi realizate în viitor.

Condiţii de bază

Condiţiile de realizare pentru a menţine o reacţie de fuziune şi a realiza un reactor “termonuclear” sunt analoage metodelor clasice bazate pe reacţiile de combustie:

- Mai întîi, se va încălzi combustibilul nuclear, sub formă de plasmă, pînă la punctul de aprindere.

- Se va menţine această temperatură un timp destul de lung pentru ca reacţiile de fuziune să degaje o cantitate suficientă de energie.

- În fine, se va extrage şi se va utiliza această energie.