Kemiaa ei-opiskelijoille

Miten alkuaineet syntyvät?

Auringossa tapahtuu useita reaktioita, joita ei voida kopioida Maassa. Joihinkin näistä reaktioista liittyy suurten alkuaineiden muodostuminen pienemmistä alkuaineista. Toistaiseksi olemme pystyneet havaitsemaan täällä maapallolla vain hyvin pienten alkuaineiden muodostumista. Havaittu reaktiosekvenssi näyttää olevan seuraava: Vety-1-atomit törmäävät toisiinsa muodostaen suurempia vedyn isotooppeja, vety-2:ta (deuterium) ja vety-3:a (tritium). Prosessissa muodostuu positroneja ja gammasäteitä. Positronit törmäävät mahdollisiin käytettävissä oleviin elektroneihin ja annihiloituvat, jolloin syntyy lisää gammasäteitä. Prosessissa tuotetaan valtavia määriä energiaa, joka pitää meidät lämpimänä ja jatkaa reaktioiden toimittamista.

Ydinfuusio

Vastakohtana ydinfissiolle, jossa suuremmista isotoopeista muodostuu pienempiä isotooppeja, ydinfuusion tavoitteena on tuottaa suurempia materiaaleja pienempien atomien törmäyksestä. Pienempien atomien pakottaminen yhteen johtaa tiiviimpään pakkautumiseen ja energian vapautumiseen. Kuten kuvasta 1 nähdään, energiaa vapautuu suuremman atomin, heliumin (He) muodostuessa vety-2:n ja vety-3:n fuusiosta sekä neutronin karkottamisesta.

Tämä energian vapautuminen on se, mikä nykyään ohjaa fuusioreaktorien tutkimusta. Jos tällainen reaktio voitaisiin toteuttaa tehokkaasti maapallolla, se voisi tarjota puhtaan ydinenergian lähteen. Toisin kuin fissioreaktiot, ydinfuusio ei tuota radioaktiivisia tuotteita, jotka aiheuttaisivat vaaraa eläville järjestelmille.

Ydinfuusioreaktioita on ollut laboratoriossa poikkeuksellisen vaikea toteuttaa. Tarvitaan erittäin korkeita lämpötiloja (miljoonia asteita). On kehitettävä menetelmiä, joilla atomit saadaan pakotettua yhteen ja pidettyä yhdessä riittävän kauan reaktiota varten. Fuusioreaktioissa vapautuvat neutronit voivat vuorovaikuttaa reaktorissa olevien atomien kanssa ja muuttaa ne radioaktiivisiksi aineiksi. Ydinfuusioreaktioiden alalla on saavutettu jonkin verran menestystä, mutta matka toteuttamiskelpoiseen fuusiovoimaan on vielä pitkä ja epävarma.

Yhteenveto

• Kuvaillaan ydinfuusioprosessia.
• Annetaan esimerkkejä ydinfuusioreaktioista.

Harjoitus

Lue alla olevan lingin aineisto ja vastaa seuraaviin kysymyksiin:

http://science.howstuffworks.com/fusion-reactor.htm

1. Mitä lämpötiloja tarvitaan fuusion syntymiseen?
2. Miksi tarvitaan korkeaa painetta?
3. Mitä magneettisen koossapidon reaktori tekee?
4. Miten inertiaalisen koossapidon menetelmä toimii?

Katsaus

1. Mitä ydinfuusio on?
2. Miksi ydinfuusio kiinnostaa nykyään?
3. Mitä ongelmia liittyy ydinfuusion tutkimiseen laboratoriossa?

Sanasto