Fúziós reakciók

A fúziós energiatermelés alapja kis atommagok egyesítése (fuzionálása) nehezebbekké. Részecskegyorsítókban végzett magfizikai kutatásokból jól ismertek a nukleáris energia felszabadulásával járó fúziós magreakciók. (A MeV egységben megadott energiaértékek a reakcióból kilépő magok mozgási energiáját adják meg. Ezen energiaértékek összege a fúziós folyamatban felszabadult nukleáris energia. 1 MeV=1.6 10-13 Joule)

 Az atommagok jelölései a kémiai elemek jelölését követik, pld. 6Li a Lítium atommmagnak az a változata (izotópja) amelyben 6 összetevő van, 3 proton (p) és 3 neutron (n). A hidrogén izotójait külön szokás jelölni:

2H = D (deutériumm más néven nehézhidrogén, kb. 1:6000 gyakorisággal előfordul a természetben)

3H = T (trícium, a természetben nem fordul elő számottevő mennyiségben, mivel 12 év alatt elbomlik)

 

Földi körülmények között a legkönnyebben megvalósítható fúziós reakció a D + T reakció.

D + T reakció

A Napban zajló fúziós folyamatok

A Nap energiáját fúziós folyamatok biztosítják. Két, egymással párhuzamosan zajló energiatermelő ciklus termeli a Nap fúziós energiáját:

  1. proton – proton (pp) ciklus
  2. szén – nitrogén – oxigén (CNO) ciklus

Ezek a reakciók nagyon kis sebességgel zajlanak, ezért földi energiatermelésre nem alkalmasak.

 

PP ciklus CNO ciklus

Fúziós erőmű elvi felépítése

A tervezett fúziós erőmű a D-T reakcióval termel energiát. Mivel trícium nem található a természetben ezért az a reaktor köpenyében a D-T reakcióban keletkező neutronnal állítanák elő lítiumból.

Fúziós erőmű elvi felépítése

  • Deutérium – az egyik üzemanyag
  • Lítiumköpeny – a fúziós reakcióból származó neutronok hatására a lítiumból trícium keletkezik. Ez a trícium a másik üzemanyag
  • Hélium – a fúziós reakció végterméke
  • Plazma – atomokból és elektronokból álló nagy hőmér-sékletű keverék, az anyag negyedik halmazállapota
  • Hőcserélő – a felszabadított nukleáris energiát hővé alakító eszköz
  • Gőzfejlesztő – a hőcserélőben keletkezett hőenergiával nagy nyomású gőzt fejlesztő berendezés
  • Turbina – a nagy nyomású gőz energiáját mechanikai energiává alakító forgógép
  • Generátor – a vele egy tengelyre kapcsolt gőzturbina mechanikai energiáját alakítja villamos energiává