La fusion nucléaire: l'espoir pour notre avenir énergétique

La fusion nucléaire est essentiellement l'inverse de la fission nucléaire. Dans la fission, un noyau lourd est divisé en petits noyaux. Avec la fusion, des noyaux plus légers sont fusionnés en un noyau plus lourd.

Le processus de fusion est la réaction qui alimente le soleil. Sur le soleil, dans une série de réactions nucléaires, quatre isotopes de l'hydrogène-1 sont fusionnés en un hélium-4 avec la sortie d'une énorme quantité d'énergie.

Ici sur terre, deux autres isotopes de l'hydrogène sont utilisés: H-2, le deutérium, et H-3, appelé tritium. Le deutérium est un isotope de l'hydrogène mineure, mais il est encore relativement abondante. Le tritium ne se produit pas naturellement, mais il peut être facilement obtenu en bombardant deutérium avec un neutron.

La réaction de fusion est indiquée dans l'équation suivante:

La première démonstration de la fusion nucléaire - la bombe à hydrogène - a été menée par l'armée. Une bombe à hydrogène est d'environ 1000 fois plus puissante que la bombe atomique ordinaire.

Les isotopes de l'hydrogène nécessaire à la réaction de fusion à la bombe d'hydrogène ont été placés dans une bombe de fission ordinaire. L'explosion de la bombe à fission libéré l'énergie nécessaire pour fournir le énergie d'activation (l'énergie nécessaire pour lancer, ou de commencer, la réaction) pour le processus de fusion.

Les questions de contrôle avec la fusion nucléaire

Le but des scientifiques pour les 50 dernières années a été la libération contrôlée de l'énergie à partir d'une réaction de fusion. Si l'énergie d'une réaction de fusion peut être libérée lentement, il peut être utilisé pour produire de l'électricité. Il fournira un approvisionnement illimité d'énergie qui n'a pas de déchets à traiter ou de contaminants de nuire à l'atmosphère - tout simplement l'hélium non polluante.

Mais la réalisation de cet objectif nécessite de surmonter trois problèmes:

• Température

• Temps

• Confinement

Température

Le processus de fusion requiert une énergie d'activation extrêmement élevé. La chaleur est utilisée pour fournir l'énergie, mais il faut lot de chaleur pour déclencher la réaction. Les scientifiques estiment que l'échantillon des isotopes de l'hydrogène doit être chauffé à environ 40.000.000 K.

K représente l'échelle de température Kelvin. Pour obtenir la température Kelvin, vous ajoutez 273 à la température de Celsius.

Maintenant 40.000.000 K est plus chaud que le soleil! A cette température, les électrons ont depuis longtemps quitté le bâtiment-tout ce qui reste est un chargé positivement plasma, noyaux nus chauffés à une température extrêmement élevée. Actuellement, les scientifiques essaient de chauffer les échantillons à cette température élevée de deux manières - les champs magnétiques et les lasers. Ni l'un n'a encore atteint la température nécessaire.

Temps

Le temps est la deuxième scientifiques problématiques doivent surmonter pour parvenir à la libération contrôlée d'énergie à partir de réactions de fusion. Les noyaux chargés doivent être maintenues ensemble assez proche et assez longtemps pour que la réaction de fusion pour commencer. Les scientifiques estiment que le plasma doit être tenu ensemble à 40.000.000 K pendant environ une seconde.

Confinement

Le confinement est le problème majeur pour les recherches sur la fusion. Au 40.000.000 K, tout est un gaz. Les meilleurs céramiques développés pour le programme spatial serait vaporiser lorsqu'elle est exposée à cette température.

Parce que le plasma a une charge, les champs magnétiques peuvent être utilisés pour contenir - comme une bouteille magnétique. Mais si les fuites de bouteilles, la réaction ne se fera pas. Et les scientifiques ont encore à créer un champ magnétique qui ne permettra pas le plasma à la fuite.

Utilisation de lasers de zapper le mélange des isotopes d'hydrogène et de fournir l'énergie nécessaire contourne le problème de confinement. Mais les scientifiques ont pas compris comment protéger les lasers eux-mêmes à partir de la réaction de fusion.

Que réserve l'avenir pour la fusion nucléaire

La science ne peut être quelques années loin de montrer que la fusion peut fonctionner: Ceci est la point d'équilibre, où nous sortons plus d'énergie que nous avons mis en. Il sera alors un certain nombre d'années avant un réacteur fonctionnement de fusion est développé. Mais les scientifiques sont optimistes que le pouvoir de la fusion contrôlée sera atteint. Les récompenses sont grandes - une source illimitée d'énergie non polluante.

Un sous-produit intéressant de recherche sur la fusion est le torche de fusion concept. Avec cette idée, le plasma de fusion, qui doit être refroidi pour produire de la vapeur, est utilisé pour incinérer les ordures et les déchets solides. Ensuite, les atomes individuels et des petites molécules qui sont produites sont recueillies et utilisées comme matières premières pour l'industrie. Il semble un moyen idéal pour fermer la boucle entre les déchets et les matières premières. Le temps nous dira si ce concept fera finalement en pratique.