Fuusioreaktioita

Niitä ydinreaktioita, joista aurinko saa lämpönsä, voidaan jäljitellä vähäisessä määrin hiukkaskiihdyttimessä tai vastaavanlaisessa laitteessa. Sen avulla kevyiden atomien ytimet kiihdytetään sähkökentässä erittäin suuriin nopeuksiin. Niiden energiat mitataan miljoonan elektronivoltin eli megaelektronivoltin (MeV) yksikköinä. Tämä on energia, jonka elektroni tai protoni – mikä tahansa yksikkövarauksen omaava hiukkanen – saa, kun se vedetään yhden miljoonan voltin sähkökentän poikki. Tällaisten hiukkasten suihku suunnataan kohteeseen reaktion aiheuttamiseksi suihkussa ja kohteessa olevien ytimien välille.

Oheisessa taulukossa on esitettynä eräitä fuusioreaktioita, joita ydinfyysikot ovat tutkineet laboratorioissaan. Kussakin tapauksessa toinen nuolen vasemmalla puolella olevista hiukkasista on kiinni kohteessa, ja toinen törmää siihen lujaa vauhtia. Valaisemme ensimmäistä esitettyä reaktiota: vetyatomin ydin törmää toisen vetyatomin ytimeen, fuusioituu sen kanssa ja irrottaa yhden positiivisen elektronin. Massa pienenee määrällä, joka muuttuu energiaksi Einsteinin kuuluisan yhtälön E = mc² mukaisesti. Syntyneillä hiukkasilla, jotka sinkoutuvat erilleen, on siis enemmän energiaa kuin oli fuusioituvilla hiukkasilla. Tässä tapauksessa energiaa on saatu kaksi megaelektronivolttia.

Kun vertailun vuoksi poltetaan kivihiiltä, niin yhden hiiliatomin hapetus antaa vain neljä elektronivolttia. Ydinreaktioissa me olemme tekemisissä miljoonia kertoja suurempien energioiden kanssa kuin kemiallisissa reaktioissa.

Kolmen ensimmäisen taulukossa olevan reaktion uskotaan olevan tärkeimpiä auringossa tapahtuvia reaktioita. Jotkin toisista reaktioista voivat olla sellaisia, että niitä on helpompi aiheuttaa laboratorioissa. Huomaat, että reaktioissa 3, 5 ja 6, joissa syntyy helium-4:ää, saadaan paljon enemmän energiaa. Se johtuu siitä, että kahden protonin ja kahden neutronin välille syntyy hyvin lujia sidoksia. Helium (He⁴) on erittäin pysyvä alkuaine.

[Kaavio s. 20]

(Ks. painettu julkaisu)

H¹ PROTONI

n¹ NEUTRONI YTIMEN RAKENNEOSIA

H¹ VETY

H² DEUTERIUM VEDYN ISOTOOPPEJA

H³ TRITIUM

He³

He⁴ HELIUMIN ISOTOOPPEJA

FUUSIOREAKTIOISSA SYNTYVA ENERGIA

Auringossa:

1) H¹ + H¹ H² + e⁺ 2.0 MeV

2) H¹ + H² He³ 5.5 MeV

3) He³ + He³ He⁴ + H¹ + H¹ 12.9 MeV

Muita reaktioita:

4) H² + H² He³ + n¹ 3.2 MeV

H³ + H¹ 4.0 MeV

5) H² + H³ He⁴ + n¹ 17.6 MeV

6) H² + He³ He⁴ + H¹ 18.3 MeV