+1
-1
Füzyon reaksiyonları
Bir füzyon reaksiyonundan öngörülen enerjinin elde edilmesi için
Reaksiyon düşük sıcaklıkta oluşmalı
Yüksek enerji açığa çıkmalı
Büyük bir tesir kesitine sahip olmalıdır
Tepkimeye girecek olan maddeler kolayca bulunabilmelidir
Plazmanın yeniden ısıtılması için yüklü parçacıklar elde edilmeli
Farklı etkileşmeleri önlemek için enerjisi yüksek olan nötronlar açığa çıkmamalıdır
D-T reaksiyonu[değiştir | kaynağı değiştir]
Döteryum bir proton ve bir nötrondan oluşan hidrojen çekirdeğinin bir izotopudur. Bilindiği gibi izotop proton sayısı aynı nötron sayısı farklı olan atom çekirdekleri için kullanılan bir tanımdır. Simgesel olarak 12H şeklinde gösterilir.
Trityum bir proton ve iki nötrondan oluşan Hidrojen çekirdeğinin bir diğer izotopudur. Simgesel olarak 13H şeklinde gösterilir. Döteryum- Trityum füzyon tepkimesi aşağıdaki şekilde meydana gelir.
Bu tepkimenin özellikleri Büyük tesir kesitine sahiptir
Ortaya çıkan enerji 17.6 MeV gibi yüksek bir enerjidir.
3.5 MeV lik enerjiye sahip olan Helyum çekirdeği başka bir deyişle alfa parçacığı plazmanın yeniden ısıtılması için kullanılır.
D-T reaksiyonunun gerçekleştirilmesinde aşağıdaki problemlerle karşılaşılır.
Trityum kolayca bulunan bir yakıt değildir. Oldukça ender bulunan Lityum çekirdeği izotoplarından aşağıdaki reaksiyonlar sonucu elde edilir.
Bu tepkimeler füzyon reaktörünü çevreleyen bir lityum tabakası ile nötronların etkileşmesi sonucu elde edilir ve ürünler direk olarak tepkimeye sokulabilir.
D-T reaksiyonu sonucu açığa çıkan enerjisi yüksek olan nötronların reaktör ile etkileşmeye girerek reaktöre zarar vermesi maliyetin artmasına neden olur. bunların oluşmasında reaksiyonlarında çok büyük etkisi vardır. Ayrıca trityumun parçalanarak atomlarına ayrılmasına da füzyon denir.
D-D reaksiyonu
iki döteryum çekirdeğinin direk olarak reaksiyona girmesiyle meydana gelen füzyon reaksiyonudur. Ve aşağıda gösterildiği şekilde meydana gelir.
D-T reaksiyonundan daha düşük bir tesir kesiti yani reaksiyon oranına sahiptir. Ve dolaylı olarak bu olumsuz bir durumdur.
48 keV gibi yüksek bir sıcaklıkta meydana gelir.
Füzyon reaksiyonu başına açığa çıkan enerji yaklaşık olarak 4 MeV kadardır.
Yakıt deniz suyundan kolayca elde edilebilir.
D-D ve D-T füzyon reaksiyonlarının kıyaslanması
D-T reaksiyonunun tesir kesiti D-D reaksiyonuna kıyasla daha büyüktür.
D-T reaksiyonu daha düşük sıcaklıkta meydana gelir.
Ticari olarak düşünülen füzyon tepkimesi maliyeti düşük olduğundan D-D reaksiyonudur.
Lawoise kriteri
Plazmanın dağılmadan hapsedilmesi için gerekli zamanın ve plazma yoğunluğunun ilişkisini tanımlar
Plazmanın dağılmaması için "Dışarı Çıkan Güç=içeri Giren Güç" olmalıdır.
D-T plazması için:
nd döteryum iyonları yoğunluğu ve nt trityum iyonları yoğunluğu topldıbının ne elektron yoğunluğu topldıbına eşit olması gerekir.
nD+nT=ne ve nT=nD olmalıdır. Bu son eşitlik plazmanın toplam elektriksel yük açısından nötr olması gerekliliğinden sağlanması gerekir,
Plazma içinde üretilen güce karşı reaksiyonu başlatmak için plazmayı ısıtmakta kullanılan güç dengeli olmalı.
- Plazma içindeki reaksiyon oranı G =nD+nT<s V> ile tanımlanır.
- Eğer her füzyonda E kadarlık enerji üretilirse plazma içinde üretilen füzyon gücü;
Pfüzyon=(n/2)(n/2)s VE=(n2/4)s E j/s/cm3 olmalıdır bu plazma içinden dışarı çıkan güçtür.
- Eğer plazma bir T sıcaklığına sahipse toplam enerjisi
Etermal=(ne+nD+nL)(3/2)kT=3nkT dir.
Plazma enerjisinde bir t hapsetme süresi boyunca düzenli oranda kaybedilen enerji
Pkayıp=(3nkT)/t j/s/cm³'tür.
Bu durumda içeri giren güç ve dışarı çıkan güç için sahip olunan ifadeler
Pfüzyon>Pkayıp ise nt >(12 kT)/ (sVE)
Bu eşitsizlik Lawson Kriteri olarak anılır. Bu ifade plazmanın dağılması için gereken hapsedilme süresini ve hapsedilmesi gereken parçacık sayı yoğunluğunu verir.
D-T reaksiyonu için nt > 3.1020 sn/cm³dür.
D-D reaksiyonu için bu değer nt
> 1022 sn/cm³ mertebesindedir.
