Proiectul pentru construirea unui prototip de reactor cu fuziune nucleara (aceleasi reactii care au loc si in soare) a fost in sfarsit aprobat, dupa ce a stat 10 ani la stadiul de proiect. Cei 10 membri ai proiectului, SUA, Uniunea Europeana, China, Rusia, India si Japonia, vor cheltui aproximativ 13 miliarde $ pentru a pune in practica aceasta idee.
Uniunea Europeana va suporta 50% din costuri, in timp ce ceilalti membri cate 10%. Drept urmare, reactorul va fi construit in regiunea Provence din Franta. Se esteimeaza ca va fi finalizat in 8 ani si va oferi 10 000 noi locuri de munca. Reactorul va avea nevoie de o echipa de 400 cercetatori si oameni de stiinta care sa supravegheze proiectul, iar prima demonstratie a unei centrale nucleare cu reactoare bazate pe fuziune nucleara este programata pentru 2040.
Fuziunea nucleara ar oferi o energie curata, mai ieftina si ar reduce incalzirea globala datorata in mare folosirii conbustibilor fosili (si acestia in cantitati limitate). Fuziunea nucleara se bazeaza pe contopirea a doi atomi de hidrogen (H) cu obtinerea unui atom de heliu (He) si a unei cantitati importante de energie.
s-a inspirat de pe net.
Fuziunea nucleara
Numerosi oameni de stiinta sustin ca fuziunea nucleara este solutia pentru a iesi din actuala criza de energie.
Beneficiul cel mai mare este utilizarea energiei particulelor mediului inconjurator, respectiv apa, aer si particule cosmice.
Fuziunea nuclera se obtine prin doua variante cu ajutorul radiatiilor ultraviolete si radiatii x.
In cazul de fata, vom vorbi de obtinerea fuziunii nucleare cu ajutorul radiatiilor ultraviolete.
In primul rand are loc ABSORBTIA particulelor, DESCOMPUNEREA lor cu ajutorul radiatiilor ultraviolete in partile componente electroni, protoni si neutroni, ACCELERAREA acestor particule in camp electromagnetic pentru unirea FUZIUNEA lor si formarea unei noi structuri atomice si EMISIA energiei de legatura la alcatuirea noi particule.
Mecanismul care poate satisface toate aceste cerinte pentru obtinerea fuziunii nucleare este solenoidul de cuart.
Solenoidul 1 de cuart se comporta ca un accelerator de particule prevazut cu doi electrozi principali din wolfram 2 si doi electrozi auxiliari de amorsare 3. Fiecare electrod auxiliar este conectat printr-un rezistor de amorsare R1 si R2 la electrodul principal din extremitatea opusa a solenoidului, doza de mercur (Hg) si argon.(fig. 1)
Solenoidul are un numar “n†de spire si o forma patrata la interior. Este de preferat aceasta forma patrata la interiorul solenoidului deoarece din experimente a rezultat ca, solenoidul care are o forma patrata si nu rotunda la interior ii creste intensitatea magnetica.
Solenoidul 1 este inglobat in doua tuburi de cuart, unul la suprafata exterioara 2 si unul la suprafata interioara 3 care il izoleaza termic fata de curentii de aer. (fig. 2) Existenta unei convectii naturale in aer ar determina cresterea timpului necesar pentru evaporarea mercurului, deci si timpul de intrare in regim de functionare ar fi prea mare.
Un alt avantaj al tuburilor de cuart este acela ca, inlatura poluarea solenoidului sau atingerea acestuia cu mana, determina scoaterea prea matura din uz a solenoidului.
Solenoidul de cuart este capabil sa absoarba si sa accelereze orice tip de particule existente in natura.
Odata pus in functiune solenoidul de cuart emite radiatii ultraviolete, creaza un camp electromagnetic cu doua polaritati electromagnetice pozitiva S si negativa N si un camp termic rezultat din incalzirea spiralei de cuart.
Pe la polaritatea electromagnetica pozitiva S are loc absorbtia particulelor de aer din atmosfera terestra alcatuite din molecule si atomi de azot (N) in proportie de 78.9% si oxigen (O) 20,39% in interiorul spiralei de cuart, particule predominante in atmosfera terestra.
Asupra particulelor de aer interactioneaza fotonii radiatiilor ultraviolete care prin efect Compton (fig. 3) descompun atomi in particule atomice libere: electroni, protoni si neutroni si formeaza plasma.
In campul electric particulele sunt accelerate continuu, iar in cel magnetic particulelor le sunt curbate traiectoriile, cu exceptia neutronilor (n) care au moment magnetic, dar sunt neutri din punct de vedere electric si se deplaseaza liniar pe axa camerei de accelerare, iar in continuare campul termic imprima particulelor o viteza proportionala cu patratul temperaturii, conform teoriei cinetice a gazelor.
Electronii (-e) si protoni (+p) se deplaseaza in spirale, sensurile deplasarii fiind opuse pentru sarcinile cu semne diferite. Diametrele spirelor difera datorita diferentelor de masa. Cu cat energia particulelor este mai mare, cu atat mai mare este si diametrul spirelor.(fig. 4)
In cazul de fata, pentru a face mai usoara intelegerea proceselor de absorbtie a particulelor, descompunerea lor, formarea plasmei, accelerarea particulelor si reactia de fuziune nucleara folosim in mod arbitrar un atom de azot (N) si unul de oxigen(O), deoarece procesele amintite in realitate sunt cu mult mai complexe, volum, numar de particule, viteza, etc.
Solenoidul de cuart absoarbe in interiorul sau pe la polaritatea electromagnetica pozitiva S un atom de azot (N) si unul de oxigen (O).(fig. 5)
In prima faza, electronii orbitali ai celor doi atomi sunt bombardati simultan de catre fasciculul de fotoni al radiatiilor ultraviolete si ca o consecinta a acestei interactiuni, toti electronii sunt smulsi de pe orbitele lor, accelerati si deplasati in forma de spira, in aceeasi directie si sens cu campul electromagnetic, pe o orbita periferica in interiorul solenoidului care poate fi numita camera de accelerare. (fig. 6)
In faza a doua, atomii sunt ionizati, au pierdut electroni din invelisul electronic, a ramas nucleul de atom si de oxigen liberi.
Stim ca, forta nucleara actioneaza pe o raza de 10\-15 m si tin legati toti componenti nucleului.
Nucleele atomice sunt lipsite de invelisul de electroni, procesul de contopire sau fuziune a lor, nu poate avea loc in aceasta situatie, deoarece nucleul atomic in care este concentrata toata masa atomului poarta sarcina electrica pozitiva, iar conform legilor electrostatice corpurile cu sarcini electrice de acelasi semn se resping, iar corpurile cu sarcini electrice de semn opus se atrag.
In cazul nostru cele doua nuclee atomice nu se vor uni, ci se vor respinge reciproc, conform acestei legi.
Nu numai atat, dar nu poate avea loc nici o emisie de energie, deoarece se stie ca, protoni si neutroni din nucleul atomic sunt supusi unor forte nucleare puternice care pastreaza indentitatea nucleului respectiv, numita energie de legatura.
De asemenea se stie ca, intre particulele componente ale nucleului atomic- protoni si neutroni – se exercita doua forte:
– forte de atractie intre particulele componente – protoni si neutroni -, numite forte nucleare
– forte electrostatice de respingere numai intre protoni.
La distante mici de 10\-18 m se exercita forte nucleare de atractie, iar la distante mari de 10\-8 m, numai forte electrice de respingere. Primele atrag si unesc particulele nucleare  protoni si neutroni -, celelalte le resping si nu permit compunerea lor.
Se stie ca, energia de legatura a unui nucleu este energia necesara pentru a desface nucleul in nucleonii componenti, fiecare nucleon ramanand, dupa desfacere in repaus si suficient de departe fata de ceilalti nucleoni, pentru ca sa nu se mai exercite nici o forta intre ei. Invers, cand nucleonii se compun, se elibereaza energia de legatura si se formeaza nucleoni in starea lor energetica fundamentala, conform legii conservarii energiei.(fig. 7 )
Pentru calcularea energiei de legatura a nucleului unui atom se foloseste, masa atomica a atomului neutru respectiv:
– masa electronului 0,00055
– masa protonului 1,00783
– masa neutronului 1,00867.
Pentru a afla energia de legatura a nucleului de oxigen (16/8O), se procedeaza astfel:
masa celor 8 protoni 8(1,00783 – 0,00055)u = 8,05824u
masa celor 8 neutroni 8 x 1,00867u = 8,06936u
masa celor 16 nucleoni 8,05824u + 8,06936u = 16,12760u
masa nucleului de oxigen(16/8O) (15,99492 – 8 X 0,00055)u = 15,99052u
diferenta de masa 16,12760u – 15,99052u = 0,13708u
Diferenta de masa corespunde energiei de legatura totale F.
F = d m x c \2 = 0.13708 x u x c\2 = 0,13708 x 1,66 x 10\-27 x 2,99872 x 10\16 = 2,05 x 10\11 J = 128 MeV
Unde u reprezinta unitatea atomica de masa 1,66043(7) x 10\-27Kg, iar c este viteza luminii 299870 Km/s.
In calcul se poate utiliza si energia de repaus a unitatii de mase atomice, adica produsul u x c\2 care are valoarea: 1,483 x 10\-10 J = 931,5 MeV
Acest calculul arata ca, daca comunicam nucleului de oxigen O energia de 128 MeV, atunci poate avea loc desfacerea nucleului in cei 16 nucleoni componenti, iar daca cei 16 nucleoni se compun, in acest caz se elibereaza energia de legatura egala cu 128 MeV si se formeaza nucleul atomului de oxigen 16/8O in starea sa energetica fundamentala.
Starea energetica fundamentala a unui nucleu este starea energetica caracterizata prin energia cea mai coborata.
In cazul oxigenului energia medie pe nucleon este :
F/A = 128/16 = 8 MeV
A este numarul de masa si reprezinta numarul de protoni si neutroni din care este constituit nucleul unui atom:
A = Z + N.
Z este numarul atomic si reprezinta numarul de ordine al unei specii atomice in sistemul periodic al elementelor, egal cu numarul de protoni si electroni din nucleu.
N este numarul de neutroni din nucleu.
Acest calcul se poate generaliza pentru orice nucleu.
Se poate calcula, prin aceeasi metoda energia de legatura a nucleului atomului de azot 14/7N, pentru a se descompune in particulele sale componente. Nucleul atomului de azot 14/7N are nevoie de o energie de 101,06 MeV.
F/A = 101/14 = 7,2 MeV
Nucleul de azot 14/7N are o energie de 7,2 MeV pe nucleon.
In acest caz putem trage concluzia ca, daca avem o sursa de energie constanta suficienta pentru descompunerea unui nucleu, de exemplu oxigenul O, respectiv 128MeV, atunci toti atomi care se situeaza cu un numar de ordine mai mic decat atomul de oxigen in sistemul periodic al elementelor, respectiv azotul N, carbonul C si alte nuclee care au energie de legatura mai mica se descompune automat in particulele sale componente in electroni, protoni si neutroni.
In aceasta faza este esential sa descompunem nucleele celor doi atomi de azot si oxigen simultan in nucleoni componenti pentru ca la compunerea lor, sa obtinem o noua particula si energia de legatura.
Fotonii interactioneaza cu protonii pe care ii smulg de pe orbitele lor.
Protoni sunt accelerati si se vor deplasa de asemenea pe traiectorii sub forma de spira, diametrul spirei este mai mare deoarece masa atomica a protonilor este mai mare, in sens opus fata de sensul electronilor, dar in aceeasi directie si sens cu campul electromagnetic.
Astfel, apar in interiorul camerei de accelerare protonii liberi.
In faza a treia, neutronii ramasi sunt bombardati la randul lor de catre fasciculul de fotoni in urma careia are loc imprastierea, accelerarea si deplasarea lor liniar pe axul camerei de accelerare, in aceeasi directie si sens cu campul electromagnetic.
Astfel, rezulta neutronii liberi care incheie procesul de formare a plasmei.(fig. 8)
Se stie ca, plasma se caracterizeaza (fata de un gaz banal) prin prezenta in amestec a sarcinilor electrice libere.
In faza a patra, in urma proceselor amintite particulele elementare libere accelerate, inving fortele de respingere reciproca si permit unirea, FUZIUNEA lor.
Neutronii liberi asimileaza protonii din jurul lor, avand rol de chit, tin protonii care au tendinta sa fuga unul de altul, la un loc, se formeaza un nucleu care asimileaza la randul sau electroni liberi din jurul lor, constituind o structura atomica compusa dintr-un atom format din 15 electroni, 15 protoni si 15 neutroni.
Iar ca rezultat al fuziunii nucleare dintre atomul de oxigen 16/8O si azot 14/7N obtinem atomul de fosfor 30/15P.(fig. 8)
Pe la polaritatea electromagnetica negativa N a camerei de accelerare se emite particula de fosfor 30/15P si energia de 229,06 MeV, rezultata la formarea atomului de fosfor.
16/8O + 14/7N = 30/15P + 229,06 MeV
In cazul absorbtiei unui numar mai mare de particule, la emisie ar putea sa apara particule care nu au o structura atomica completa, acestia pot fi ioni pozitivi, negativi sau particule libere, electroni, protoni sau neutroni.
Aceste particule insotesc la emisie atomul neutru si energia rezultata.
Toate aceste particule sunt emise sub forma de cuante de radiatii b, a si g.
Radiatiile b sunt alcatuite din electroni si ioni negativi care au sarcina electrica negativa.
Radiatiile a sunt formate din protoni si ioni pozitivi care au sarcina electrica pozitiva.
Radiatiile g sunt compuse din neutroni si atomi care sunt neutri din punct de vedere electric.
Cu ajutorul reactiei de fuziune nucleara obtinem mai multa energie decat folosim initial, tot odata avem posibilitatea obtinerii de noi structuri atomice.
Ceea ce insemna ca, introducem un leu si castigam 10 lei si poate chiar mai mult.
http://crizaenergie-sistemeeneregie.blogspot.com/