Vikipeedia

Tuumasüntees: erinevus redaktsioonide vahel

Sirvi ajalugu interaktiivselt
← Vanem muudatusUuem muudatus →
Eemaldatud sisu Lisatud sisu
VisuaalneVikitekst
Resümee puudub
Resümee puudub
2. rida:
'''Tuumasüntees''' ehk '''tuumade liitumine''' on kergete [[aatomituum]]ade ühinemine raskemateks tuumadeks. Sõltuvalt tekkiva tuuma [[seoseenergia]]st võib selle reaktsiooni tulemusena [[energia]]t vabaneda (uue tuuma seoseenergia on väiksem kui ühinevate tuumade seoseenergia) või neelduda (uue tuuma seoseenergia on suurem kui ühinevatel tuumadel). Et [[raud|raua]] ja [[nikkel|nikli]] tuumadel on kõige väiksem seoseenergia, siis rauast väiksemate tuumade tekkimisel reeglina energiat vabaneb ja rauast suuremate tuumade tekkimine vajab välist lisaenergiat.
 
TuumaühinemineTuumasüntees toimub looduslikult [[täht (astronoomia)|tähtedes]] ning on tähtede energia allikaks. [[Maa (planeet)|Maa]] peal on tuumaühinemisekstuumasünteesiks vajalikke tingimusi raske luua, sest tuumaühinemisetuumasünteesi toimumiseks peab ühinevateleliituvatele tuumadele eelnevalt andma energia, mis ületaks positiivse [[elektrilaeng|laenguga]] tuumade omavahelise [[elektromagnetiline vastastikmõju|elektromagnetilise tõukejõu]] ([[Coulombi barjäär|energiabarjääri]]).
 
Tootlikud tuumaühinemiseltuumasünteesil töötavad elektrijaamad oleks võimalik lahendus inimkonna energiavajadustele, kuna selle jaoks vajalikku kütust saab mereveest ja [[liitium]]ist ning reaktsioon ei tekita [[kasvuhoonegaas]]e ega radioaktiivseid jäätmeid<ref name="Moyer">Michael Moyer: "Fusion Energy" Scientific American, juuni 2010</ref>.
Valdav enamusenamik [[tuumasünteesnukleosüntees]]ist toimub tuumaühinemisetuumasünteesi teel.
 
==Tuumaühinemise reaktsiooniTuumasünteesireaktsiooni eeldused==
Tuumaühinemise reaktsiooniTuumasünteesireaktsiooni teostumiseks on vajatarvis ületada energiabarjäär ([[Coulombi barjäär]]) ja viia ühinevadliituvad tuumad piisavalt lähedale, et nende vahel saaks tekkida [[seoseenergia]]. Sõltuvalt energiabarjääri ületamise meetodist eristatakse ka erinevaid tuumaühinemisetuumasünteesi reaktsiooni tüüpe.
 
===Tuuma seoseenergia===
16. rida:
Tuuma koostisesse kuuluvate positiivselt [[elektrilaeng|laetud]] [[prooton]]ite vahel mõjub lisaks tuumajõule ka [[elektromagnetiline vastastikmõju|elektromagnetiline tõukejõud]]. See on tuumajõust palju väiksem, kuid tema ulatus ei ole piiratud. Seega mõjutab iga tuuma koosseisu kuuluvat prootonit kõigi teiste prootonite positiivne elektrilaeng. Suuremates tuumades hakkab see tõukejõud tuumajõu tõmbejõudu tasakaalustama ja isegi ületama. [[Nikkel]]-62, [[raud]]-58, raud-56 ja nikkel-60 on kõige suurema seoseenergiaga tuumad. Nendest suuremates tuumades hakkab seoseenergia tänu elektromagnetilisele tõukejõule aeglaselt vähenema. Ülisuurtes tuumades ([[transuraanid]]) on seoseenergia isegi negatiivne ning põhjustab tuuma kiire lagunemise.
 
TuumaühinemiseTuumasünteesi protsess saab iseseisvalt toimuda ainult juhul, kui ühinenudliitunud tuumade seoseenergia on ühinevateliituvate tuumade seoseenergiast suurem. Vastasel juhul on vaja tuumaühinemise protsessituumasünteesi toimumiseks anda tuumadele lisaenergiat{{lisa viide}}.
 
===Energiabarjäär tuumade ühinemiselliitumisel===
{{vaata|Coulombi barjäär}}
[[File:Deuterium-tritium fusion.svg|thumb|Deuteeriumi ja triitiumi ühinemise skemaatiline kujutus]]
Eelpool kirjeldatust tuleneb ka energiabarjäär, mis takistab normaalsetes oludes tuumaühinemisttuumasünteesi. Selleks, et tuumad ühineksidliituksid, tuleb nad välise jõu abil viia piisavalt lähedale (teineteisega kontakti), et tuumajõu tõmme ületaks elektromagnetjõu tõuke. Et elektromagnetiline tõukejõud on võrdeline prootonite arvuga ühinevates tuumades, siis mida suuremad on ühinevad tuumad, seda kõrgem on nende ühinemistliitumist takistav energiabarjäär. Seda barjääri kutsutakse ka [[Coulombi barjäär]]iks.
 
Kõige väiksem energiabarjäär on ühe prootoniga tuumade ühinemisel ([[vesinik]]). Et kahest prootonist koosneva aatomituuma stabiliseerimiseks on vaja ka neutroneid, siis kõige väiksem energiabarjäär on vesinik-2 ([[deuteerium]]) ja vesinik-3 ([[triitium]]) ühinemisreaktsioonil, 0,01 [[MeV]]. Selle reaktsiooni tulemusena tekib [[heelium]]-5 ebastabiilne tuum, mis stabiilsuse saamiseks kiirgab kohe [[neutron]]i. Reaktsiooni tulemusena tekkinud neutron saab energia 14,1 MeV ja heeliumi tuuma jääkenergia on 3,5 MeV.
 
==Energiabarjääri ületamise meetodid==
TuumaühinemiseTuumasünteesi energiabarjääri ületamiseks vajalikku energiat saab tuumadele anda mitmel moel. Näiteks [[elementaarosakeste kiirendi]]s tuumasid kiirendades, tuumadest koosnevat [[plasma]]t süttimistemperatuurini kuumutades ([[termotuumareaktsioon]]) või kasutades [[katalüsaator]]eid.
 
====Tuumade kiirendamine====
36. rida:
*[[Tokamak]]-reaktsioon, mille puhul toimub plasma magnetiline kokkusurumine.
*Plasma kokkusurumine gravitatsiooni poolt, mis toimub ainult tähtedes.
*Plahvatuslik kokkusurumine, kus tuumakütuse välispinnale suunatakse tugev laservalgus või elektronid või ioonide kiir, mis kuumendab kütuse väliskihti plahvatuseni, mis omakorda suruv kütuse sisemust piisavalt kokku tuumaühinemisetuumasünteesi toimumiseni.
 
====Külm tuumaühineminetuumasüntees katalüsaatorite abil====
{{Vaata|müüon-katalüsaatormeetod}}
''Külmaks'' nimetatakse tuumaühinemisreaktsioonetuumasünteesireaktsioone, mille puhul tuumade ühinemineliitumine toimub plasma tekkimise temperatuurist madalamatel temperatuuridel (äärmuslikumatel juhtudel isegi toatemperatuuril). Tegelikult ei ole ükski tuumaühinemise reaktsioontuumasünteesireaktsioon otseses mõttes ''külm'', kuna reaktsiooni lõpptulemusena eraldub alati osa energiat soojusenergia näol.
 
Keemiliste katalüsaatorite kasutamisega üritatakse siduda deuteeriumi ioone, et neid seejärel elektrivoolu toimel teineteise vastu suruda. Väidetavalt on pallaadiumi elektroodidega rasket vett lõhustades märgatud ülemäärase soojuse eraldumist, kuid kindlaid tõendeid sellise tuumaühinemisetuumasünteesi toimumise kohta pole.
Küll aga on võimalik [[müüon-katalüsaatormeetodiga]] tuumaühinemist läbi viia. Selleks lastakse [[müüon]]il moodustada deuteeriumi tuumadega raske vesiniku aatom, mis haarab kaasa veel ühe raske vesiniku tuuma ja moodustab raske vesiniku molekuli D<sup>2</sup>, milles elektroni asemel tiirleb tuumade ümber müüon. Tulenevalt müüoni suurest massist on sellises aatomis tuumad teineteisele palju lähemal kui tavalises vesiniku aatomis. Eksisteerib piisavalt suur tõenäosus, et osades müüoniga seotud molekulides liiguvad tuumad teineteisele piisavalt lähedale, et tuumajõud suudavad ([[tunnelefekti]] abil) energiabarjääri ületada.▼
 
Tulenevalt müüonite tekitamise keerukusest, nende lühikesest elueast (2,2 mikrosekundit) ja muudest kadudest, kulub müüon-katalüsaatormeetodil tuumaühinemise tekitamiseks oluliselt rohkem energiat kui ühinemise tulemusena vabaneb.▼
▲Küll aga on võimalik [[müüon-katalüsaatormeetodiga]] tuumaühinemisttuumasünteesi läbi viia. Selleks lastakse [[müüon]]il moodustada deuteeriumi tuumadega raske vesiniku aatom, mis haarab kaasa veel ühe raske vesiniku tuuma ja moodustab raske vesiniku molekuli D<sup>2</sup>, milles elektroni asemel tiirleb tuumade ümber müüon. Tulenevalt müüoni suurest massist on sellises aatomis tuumad teineteisele palju lähemal kui tavalises vesiniku aatomis. Eksisteerib piisavalt suur tõenäosus, et osades müüoniga seotud molekulides liiguvad tuumad teineteisele piisavalt lähedale, et tuumajõud suudavad ([[tunnelefekti]] abil) energiabarjääri ületada.
▲Tulenevalt müüonite tekitamise keerukusest, nende lühikesest elueast (2,2 mikrosekundit) ja muudest kadudest, kulub müüon-katalüsaatormeetodil tuumaühinemise tekitamiseks oluliselt rohkem energiat kui ühinemiselitumise tulemusena vabaneb.
 
==Rakendamine==
Pärit leheküljelt "https://et.wikipedia.org/wiki/Tuumasüntees"