Fusió deuteri-triti
La fusió deuteri-triti (de vegades abreujada D+T) és un tipus de fusió nuclear en què un nucli de deuteri es fusiona amb un nucli de triti, donant un nucli d'heli, un neutró lliure i 17,6 MeV d'energia. És la reacció de fusió més coneguda per a dispositius de fusió.
El triti, un dels reactius necessaris per a aquest tipus de fusió, és radioactiu. En els reactors de fusió, una " manta reproductora " feta de liti es col·loca a les parets del reactor, ja que el liti, quan s'exposa a neutrons energètics, produirà triti.[1]
Concepte
modificaEn la fusió deuteri-triti, un nucli de deuteri es fusiona amb un nucli de triti, donant un nucli d'heli, un neutró lliure i 17,6 MeV, que es deriva d'aproximadament 0,02 AMU.[2] La quantitat d'energia obtinguda es descriu mitjançant la relació massa-energia: . El 80% de l'energia (14,1 MeV) es converteix en energia cinètica del neutró que viatja a 1⁄6 de la velocitat de la llum.
La diferència de massa entre D+T i neutró + 4He es descriu mitjançant la fórmula de massa semiempírica que descriu la relació entre els defectes de massa i l'energia d'unió en un nucli.
Descobriment
modificaL'evidència de la reacció D+T es va detectar per primera vegada a la Universitat de Michigan el 1938 per Arthur Ruhlig.[3] El seu experiment va detectar la signatura de neutrons amb energia superior a 15 MeV en reaccions secundàries de triti creades amb reaccions de H eaccions H d'un feix de deutero incident de 0,5 MeV sobre un objectiu d'àcid fosfòric pesat, D PO . Aquest descobriment va ser en gran part desconegut fins fa poc.[4]
Procedència de reactius
modificaAproximadament 1 de cada 5.000 àtoms d'hidrogen de l'aigua de mar és deuteri, cosa que fa que sigui fàcil d'adquirir.[5][6]
El triti, però, és un isòtop radioactiu i difícil d'obtenir de manera natural. Això es pot evitar exposant el liti més fàcilment disponible a neutrons energètics, que produeixen nuclis de triti.[7][8] A més, la pròpia reacció deuteri-triti emet un neutró lliure, que es pot utilitzar per bombardejar liti.[9] Una "manta reproductora", que consisteix en liti, es col·loca sovint al llarg de les parets dels reactors de fusió de manera que els neutrons lliures creats durant la fusió deuteri-triti reaccionen amb ella per produir més triti.[10][11] Aquest procés s'anomena cria de triti.
Ús en reactors de fusió
modificaEs preveu que la fusió deuteri-triti s'utilitzi a ITER, [12] així com a molts altres reactors de fusió proposats. Aporta molts avantatges respecte a altres tipus de fusió, ja que té una temperatura mínima relativament baixa de 100 milions de graus C.[13]
Referències
modifica- ↑ «DOE Explains...Deuterium-Tritium Fusion Reactor Fuel» (en anglès). [Consulta: 13 juny 2024].
- ↑ «Nuclear Fusion» (en anglès). Georgia State University. [Consulta: January 29, 2021].
- ↑ Ruhlig, Arthur Phys. Rev., 54, 15-08-1938, pàg. 308. DOI: 10.1103/PhysRev.54.308 [Consulta: February 6, 2024].
- ↑ Paris, Mark W.; Chadwick, Mark B. (en anglès) Physics Today, 76, 10, 01-10-2023, pàg. 10–11. DOI: 10.1063/PT.3.5317. ISSN: 0031-9228.
- ↑ «Nuclear Fusion» (en anglès). Georgia State University. [Consulta: January 29, 2021].
- ↑ Lanctot, Matthew. «DOE Explains...deuterium–tritium Fusion Reactor Fuel» (en anglès). Department of Energy. [Consulta: April 12, 2021].
- ↑ «Nuclear Fusion» (en anglès). Georgia State University. [Consulta: January 29, 2021].
- ↑ Lanctot, Matthew. «DOE Explains...deuterium–tritium Fusion Reactor Fuel» (en anglès). Department of Energy. [Consulta: April 12, 2021].
- ↑ Cowley, Steve. «Introduction to Fusion Part I.» (en anglès). SULI. [Consulta: January 30, 2021].
- ↑ «Fueling the Fusion Reaction» (en anglès). ITER. [Consulta: February 12, 2021].
- ↑ «Tritium: a challenging fuel for fusion» (en anglès). EUROfusion, November 8, 2017. Arxivat de l'original el de juliol 25, 2021. [Consulta: February 16, 2021].
- ↑ «Fueling the Fusion Reaction» (en anglès). ITER. [Consulta: February 12, 2021].
- ↑ Schneider, Ursula. «Fusion: Energy of the Future» (en anglès). International Atomic Energy Agency, August 1, 2001. [Consulta: February 13, 2021].