📌 Podsetnik
Energija Sunca i zvezda
- U jezgru Sunca vladaju ekstremni uslovi: ogroman pritisak i temperatura oko 14 miliona K.
- Atomi su potpuno jonizovani i formira se plazma kroz koju se kreću visokoenergetski protoni.
Savladavanje Kulonove barijere
- Protoni se stalno sudaraju, ali ih odbojna Kulonova sila sprečava da se približe.
- Zbog ogromne temperature i pritiska, protoni postižu dovoljno veliku brzinu da mogu da savladaju odbojnu silu i priđu na domet jake nuklearne sile.
- Kada jaka sila prevlada:
- proton i proton formiraju vezani sistem tako što se jedan proton pretvara u neutron, emitovanjem pozitrona i zanemarenog neutrina;
- nastaje stabilnije jezgro – deuterijum (H₂).
Defekt mase i oslobađanje energije
- Pre spajanja dva protona imaju ukupnu energiju mase:
$ 2 m_{p0} c^2 $ - Posle spajanja, energija vezanih čestica iznosi:
$ m_{p1} c^2 + m_{n1} c^2 $ - Razlika mase pretvara se u oslobođenu energiju:
$ E_v = \Delta m_v c^2 $ - Defekt mase je fizički izvor energije jezgra.
- Deuterijum spajanjem formira teža jezgra (tricijum, helijum).
Zašto se fuzija završava na gvožđu?
- Teža jezgra imaju više protona → snažnija Kulonova odbojna sila.
- Energija koja bi se oslobodila njihovim formiranjem manja je od energije potrebne da se savlada Kulonova barijera.
- Gvožđe-56 je poslednje jezgro koje daje pozitivan energetski prinos fuzije.
Fuzija vs. fisija – energetski prinos
- Defekt mase pri formiranju helijuma-4 iz dva deuterijuma: 0,63%.
- Defekt mase pri fisiji U-235: 0,056%.
- Fuzija daje oko 11 puta veći energetski prinos od fisije iste mase materijala.
Nastanak elemenata težih od gvožđa
- U supernovama, jezgro ogromne zvezde kolabira i oslobađa udarni talas skoro brzinom svetlosti.
- Brzi neutroni lako ulaze u jezgra (bez Kulonove barijere).
- Nakon apsorpcije neutrona i beta raspada, nastaju teži elementi (npr. gvožđe → kobalt).
- Ovim procesima formiraju se svi elementi teži od gvožđa.
Fuzija na Zemlji – izazovi
- Potrebno je ostvariti ekstremne uslove temperature i pritiska i dovoljno dugo ih održati.
- Ključni problem: izolacija plazme na milionima Kelvina (nema materijala koji to može izdržati).
Tehnologije za kontrolisanu fuziju
1. Magnetno zadržavanje – Tokamak
- Jakim magnetnim poljem se zarobljavaju naelektrisane čestice plazme.
- Najpoznatiji projekat: ITER u Francuskoj.
- Cilj: postići uslove za oslobađanje fuzione energije i njenu konverziju u toplotu.
2. Inercijalna fuzija – lasersko sabijanje
- Mali pelet sa deuterijumom i tricijumom bombarduje se snažnim laserima.
- Spoljašnji sloj eksplodira, a unutrašnji se sabija do ekstremnih vrednosti pritiska i temperature.
- Potencijalno omogućava kratkotrajne uslove pogodne za fuziju.
Nekontrolisana fuzija – termonuklearna bomba
- Nekontrolisana fuzija se koristi u hidrogenskim bombama.
- Inicijalne uslove za fuziju obezbeđuje eksplozija fizione bombe.
Trenutni status
- Eksperimenti su u toku, ali još nema stabilnog energetskog prinosa većeg od uloženog.
- Fuzija ostaje nada za budući nepresušni izvor čiste energije.
Za detaljno objašnjenje uz animacije pogledajte video.