בייַשפּיל פון פיוזשאַן רעאַקציע דיסקוסיע פֿראגן
פיוזשאַן איז אַ נוקלעאַרער פּראָצעס אין וועלכן צוויי לייכטע אַטאָם קערנס פאַרבינדן זיך צו שאַפֿן אַ שווערערן קערן. די רעאַקציע איז די מקור פון דער ענערגיע וואָס גיט כוחות צו די שטערן אין דער וועלט, אַרייַנגערעכנט אונדזער זון. אין דעם אַרטיקל וועלן מיר דיסקוטירן די גרונט קאָנצעפּטן פון פיוזשאַן רעאַקציעס און צושטעלן ביישפילן און לייזונגען צו פֿאַרבעסערן אונדזער פארשטאנד פון דעם פאַסצינירנדיקן דערשיינונג.
הקדמה צו פיוזשאַן רעאַקציעס
פיוזשאַן רעאַקציעס פּאַסירן אונטער באַדינגונגען פון גאָר הויכער טעמפּעראַטור און דרוק, אַזאַ ווי די וואָס געפינען זיך אין דעם קערן פון אַ שטערן. דער פּראָצעס באַשטייט פון דער פיוזשאַן פון צוויי וואַסערשטאָף קערנס (געוויינטלעך דעוטעריום און טריטיום) אין אַ העליום קערן, וואָס באַפרייען אַ ריזיקע סומע ענערגיע. די רעאַקציע גלייכונג איז:
\[
\text{D} + \text{T} \rightarrow \text{He} + \text{n} + \text{ענערגיע}
\]
דאָ, D איז דעוטעריום (\(^2_1\text{H}\)), T איז טריטיום (\(^3_1\text{H}\)), He איז העליום (\(^4_2\text{He}\)), און n איז נעיטראָן (\(^1_0\text{n}\)).
די פּראָדוצירטע ענערגיע קומט פֿון דעם חילוק אין מאַסע צווישן די פּראָדוקטן און רעאַקטאַנטן, לויט איינשטיינס באַרימטער גלייכונג, \(E=mc^2\), וואו \(E\) איז ענערגיע, \(m\) איז די פֿאַרלוירענע מאַסע, און \(c\) איז די גיכקייט פֿון ליכט.
פארוואס איז פיוזשאַן רעאַקציע שווער צו דערגרייכן אויף דער ערד?
כאָטש פֿוזשאַן רעאַקציעס פּראָדוצירן ריזיקע סומעס ענערגיע, איז שאַפֿן די ריכטיקע באַדינגונגען פֿאַר פֿוזשאַן אויף דער ערד גאָר שווער. טעמפּעראַטורן מוזן דערגרייכן מיליאָנען גראַד צעלזיוס כּדי אַטאָם קערנס זאָלן האָבן גענוג קינעטישע ענערגיע צו איבערקומען עלעקטראָסטאַטישע אָפּשטויסונג. דערצו, איז אַ ריזיקער דרוק נויטיק כּדי די קערנס זאָלן זיך נאָענט צוזאַמענקומען און זיך פֿאַרשמעלצן.
אין פּראַקטישע אַפּליקאַציעס, ווי קאָנטראָלירטע פֿוזשאַן עקספּערימענטן אין פֿוזשאַן רעאַקטאָרן, איז די הויפּט אַרויסרופן צו האַלטן די פּלאַזמע (אַ געמיש פון פּאָזיטיווע קערנס און פֿרײַע עלעקטראָנען) לאַנג גענוג כּדי אַ באַדײַטנדיקע פֿוזשאַן זאָל פּאַסירן.
בייַשפּיל פֿראַגן און דיסקוסיע
דאָ זענען עטלעכע בייַשפּיל פּראָבלעמען וואָס קענען אונדז העלפֿן פֿאַרשטיין ווי פֿוזשאַן רעאַקציעס אַרבעטן און ווי די חשבונות ווערן געמאַכט.
פראגע 1: רעכענונג פון פיוזשאַן ענערגיע
צוויי דעוטעריום קערנס פארבינדן זיך צו פארמירן א העליום-4 קערן אין לאבאראטאריע. די אטאמישע מאסע פון דעוטעריום איז 2,014 u און די אטאמישע מאסע פון העליום איז 4,002 u. רעכנט אויס די ענערגיע וואס ווערט ארויסגעלאזט אין דער רעאקציע.
פֿאַרעפֿנטלעכט:
1. שרייב די רעאַקציע גלייכונג:
\[ 2\טעקסט{ } \רייטאַראָו \טעקסט{ער} \]
2. רעכן אויס די גאַנצע מאַסע פֿאַר און נאָך דער רעאַקציע:
פריער: (2 מאָל 2,014 = 4,028)
נאך: \(4,002 \ \text{u}\)
3. אויסרעכענען מאַסע דעפיציט:
מאַסע דעפיציט (= 4,028 – 4,002 = 0,026)
4. קאָנווערטירן צו ענערגיע ניצנדיק \(E=mc^2\):
ניצט די קאנווערזיע 1 u (אטאמישע מאסע איינהייט) = 931.5 MeV/c²:
\[
E = 0,026 × 931,5 MeV/u = 24,2 MeV
\]
אַזוי, די ענערגיע וואָס ווערט באַפרייט איז 24,2 MeV.
פראגע 2: באַשטימען די מינימום טעמפּעראַטור פֿאַר פֿוזשאַן
רעכנט אויס די מינימום טעמפּעראַטור וואָס איז נויטיק פֿאַר אַ וואַסערשטאָף פֿוזשאַן רעאַקציע צו פּאַסירן אויב די קולאָמב ענערגיע באַריער (די פּאָטענציעלע באַריער צווישן צוויי פּראָטאָן קערנס) איז 0,1 MeV.
פֿאַרעפֿנטלעכט:
די דורכשניטלעכע קינעטישע ענערגיע פון פּאַרטיקלען אין אַ גאַז ביי טעמפּעראַטור ≥ 3/2 kT, וואו k איז באָלצמאַן'ס קאָנסטאַנט (8,617 מאָל 10-5 eV/K).
1. קולאָמב ענערגיע = דורכשניטלעכע קינעטיש ענערגיע:
\[ 0,1 \ \text{מעוו} = \frac{3}{2} קט \]
קאָנווערטירן 0,1 MeV צו eV: (0,1 MeV = 105 eV).
2. טעמפּעראַטור \(T\):
\[
ט = \frac{2 \times 10^{5} \\text{eV}}{3 \times 8,617 \times 10^{-5} \\text{eV/K}}
אומגעפער 7,7 מאל 10^9 ק
\]
אַלזאָ, די מינימום טעמפּעראַטור וואָס איז נויטיק כּדי וואַסערשטאָף־פֿוזיע זאָל פֿאָרקומען איז בערך 7,7 מאָל 10⁻⁹ קעלװין.
קעסימפּולאַן
פיוזשאַן רעאַקציעס זענען אַ קריטישער פּראָצעס אין דער אוניווערס, וואָס צושטעלן די ענערגיע וואָס האַלט לעבן אויף דער ערד דורך די זון'ס ענערגיע פּראָדוקציע. אָבער, רעפּליקירן די באדינגונגען אויף דער ערד אין דער פארלאנגטער ענערגיע וואָג איז אַ הויפּט אַרויסרופן וואָס שטייט פאר פאָרשער אין פּלאַזמע פיזיק און ענערגיע טעכנאָלאָגיע. די בייַשפּיל פּראָבלעם אויבן דעמאַנסטרירט ווי קאַלקולאַציעס אין אַ פיוזשאַן סצענאַר ווערן דורכגעפירט, באַטאָנענדיג די וויכטיקייט פון פֿאַרשטיין פונדאַמענטאַלע קאָנצעפּטן און באַהערשן מאַטעמאַטיק פֿאַר ווייטערדיקע אויספאָרשונג אין דעם פעלד.
אין מסקנא, כאָטש דזשענערירן ריינע און סאַסטיינאַבאַל ענערגיע פון פיוזשאַן רעאַקציעס ריקווייערז אינטענסיווע פאָרשונג און אַנטוויקלונג, אירע פּאָטענציעלע בענעפיץ זענען אומלייקענאַבאַל, ספּעציעל אין די השתדלות צו רעדוצירן די אָפּהענגיקייט פון פאַסאַל ברענשטאָף און אַדרעסירן קלימאַט ענדערונג.
