Eisimpleir de Cheistean Deasbaid Ath-bhualadh Fusion
'S e pròiseas niùclasach a th' ann an co-thàthadh anns a bheil dà niùclas atamach aotrom a' tighinn còmhla gus niùclas nas truime a chruthachadh. 'S e an ath-bhualadh seo stòr an lùth a tha a' toirt cumhachd do na reultan anns a' chruinne-cè, a' gabhail a-steach ar grian. San artaigil seo, bruidhnidh sinn air bun-bheachdan ath-bhualaidhean co-thàthadh agus bheir sinn eisimpleirean agus fuasglaidhean gus ar tuigse air an iongantas inntinneach seo a leasachadh.
Ro-ràdh do Ath-bheachdan Fusion
Bidh ath-bhualaidhean co-thàthaidh a’ tachairt fo chumhachan teòthachd is cuideam air leth àrd, leithid an fheadhainn a lorgar ann an cridhe rionnag. Tha am pròiseas seo a’ toirt a-steach co-thàthadh dà niùclas haidridean (mar as trice deuterium agus tritium) gu bhith na niùclas helium, a’ leigeil ma sgaoil tòrr lùth. Is e co-aontar an ath-bhualaidh:
\[
\text{D} + \text{T} \rightarrow \text{He} + \text{n} + \text{lùth}
\]
An seo, 's e deuterium (H) a th' ann an D, 's e tritium (H) a th' ann an T, 's e helium (He) a th' ann an He, agus 's e neodron (1_0 n) a th' ann an n.
Tha an lùth a thèid a thoirt a-mach a’ tighinn bhon eadar-dhealachadh ann am mais eadar na toraidhean agus na luchd-freagairt, a rèir co-aontar ainmeil Einstein, \(E=mc^2\), far a bheil \(E\) a’ riochdachadh lùth, \(m\) a’ mhais a chaidh a chall, agus \(c\) astar an t-solais.
Carson a tha e doirbh ath-bhualadh fusion a choileanadh air an Talamh?
Ged a bhios ath-bhualaidhean co-thàthaidh a’ gineadh tòrr lùtha, tha e air leth dùbhlanach na suidheachaidhean ceart a chruthachadh airson co-thàthadh air an Talamh. Feumaidh teòthachd ruighinn milleanan de cheumannan Celsius gus am bi lùth cineatach gu leòr aig niùclas atamach gus faighinn thairis air ath-bhualadh electrostatach. A bharrachd air an sin, tha feum air cuideam mòr airson na niùclas a thighinn faisg air a chèile agus co-thàthadh.
Ann an cleachdaidhean practaigeach, leithid deuchainnean co-aonaidh fo smachd ann an reactaran co-aonaidh, is e am prìomh dhùbhlan a bhith a’ cumail a’ phlasma (measgachadh de niuclasan dearbhach agus dealanan saor) fada gu leòr airson gum bi co-aonadh cudromach ann.
Ceistean Eisimpleir agus Deasbad
Seo eisimpleirean de dhuilgheadasan a chuidicheas sinn gus tuigsinn mar a tha ath-bheachdan fusion ag obair agus mar a thèid na h-àireamhachadh a dhèanamh.
Ceist 1: Àireamhachadh Lùth-Co-leaghadh
Bidh dà niùclas deuterium a’ tighinn còmhla gus niùclas helium-4 a chruthachadh san obair-lann. Is e 2,014 u mais atamach deuterium agus is e 4,002 u mais atamach helium. Obraich a-mach an lùth a thèid a leigeil ma sgaoil san ath-bhualadh seo.
Deasbad:
1. Sgrìobh co-aontar an ath-bhualadh:
\[ 2\text{ } \rightarrow \text{E} \]
2. Obraich a-mach an tomad iomlan ro agus às dèidh an ath-bhualadh:
Roimhe: (2 × 2,014 = 4,028)
Às dèidh: \(4,002 \ \text{u}\)
3. Obraich a-mach Easbhaidh Tomad:
Easbhaidh maise (= 4,028 – 4,002 = 0,026)
4. Tionndaidh gu lùth le bhith a’ cleachdadh \(E=mc^2\):
Cleachd an tionndadh 1 u (aonad mais atamach) = 931.5 MeV/c²:
\[
E = 0,026 u × 931,5 MeV/u = 24,2 MeV
\]
Mar sin, is e 24,2 MeV an lùth a thèid a leigeil ma sgaoil.
Ceist 2: A’ dearbhadh an teòthachd as ìsle airson co-thàthadh
Obraich a-mach an teòthachd as ìsle a dh’ fheumar airson ath-bhualadh leaghadh haidridean tachairt ma tha bacadh lùtha Coulomb (am bacadh comasach eadar dà niùclas proton) 0,1 MeV.
Deasbad:
Tha lùth cineatach cuibheasach mìrean ann an gas aig teòthachd ≥ 3/2 kT air a thoirt seachad le ≥ 3/2 kT, far a bheil ≥ k co-ionann ri cunbhalachd Boltzmann (≥ 8,617 × 10⁻⁸ eV/K).
1. Lùth Coulomb = Lùth Cinneadach Cuibheasach:
\[ 0,1 \ \text{MeV} = \frac{3}{2} kT \]
Tionndaidh 0,1 MeV gu eV: (0,1 MeV = 105 eV).
2. Teòthachd \(T\):
\[
T = \frac{2 × 10^5} \text{eV}}{3 × 8,617 × 10^5} \text{eV/K}}
timcheall air 7,7 × 109 K
\]
Mar sin, is e an teòthachd as ìsle a dh’fheumar airson co-thàthadh haidridean tachairt timcheall air 7,7 × 109 K.
Co-dhùnadh
Tha ath-bheachdan co-aonaidh nam pròiseas deatamach anns a’ chruinne-cè, a’ toirt seachad an lùth a chumas beatha air an Talamh tro thoradh lùtha na grèine. Ach, tha ath-riochdachadh nan suidheachaidhean sin air an Talamh aig an sgèile lùtha a tha a dhìth na dhùbhlan mòr a tha mu choinneamh luchd-rannsachaidh ann am fiosaig plasma agus teicneòlas lùtha. Tha an eisimpleir de dhuilgheadas gu h-àrd a’ sealltainn mar a thèid àireamhachadh ann an suidheachadh co-aonaidh a dhèanamh, a’ cur cuideam air cho cudromach sa tha e bun-bheachdan bunaiteach a thuigsinn agus matamataig a mhaighstir airson tuilleadh rannsachaidh san raon seo.
Mar cho-dhùnadh, ged a tha feum air rannsachadh is leasachadh dian gus lùth glan is seasmhach a chruthachadh bho ath-bheachdan fusion, chan eil teagamh nach gabh na buannachdan a dh’ fhaodadh a bhith ann, gu h-àraidh ann an oidhirpean gus eisimeileachd air connadh fosail a lughdachadh agus dèiligeadh ri atharrachadh clìomaid.
