Fusjonsreaksjoner
De kjernefysiske reaksjoner som gir solen dens varme, kan også frembringes i liten målestokk i en cyklotron eller en lignende maskin. I den blir kjernene i lette atomer brakt til å akselerere i et elektrisk felt til meget høye hastigheter. Energien måles i en enhet på en million elektronvolt (MeV). Dette er den energi et elektron eller et proton — en hvilken som helst partikkel med en elementærladning — får ved å gjennomløpe en spenning på en million volt. En stråle med slike partikler blir rettet mot et fokuseringspunkt for å fremkalle en reaksjon mellom kjernene i strålen og kjernene i fokuseringspunktet.
Tabellen her viser noen av de fusjonsreaksjoner som er blitt studert av kjernefysikere i deres laboratorier. I hvert tilfelle blir en av de partiklene som er ført opp før pilen, plassert i et fokuseringspunkt, mens den andre rammer den i høy hastighet. Hvis vi ser på den første reaksjonen som er ført opp, ser vi at her rammer kjernen i ett hydrogenatom kjernen i et annet hydrogenatom, noe som fører til at de fusjonerer eller smelter sammen, samtidig som det frigjøres et positivt elektron. Dette resulterer i en innskrumping av massen, og det frigjøres energi i samsvar med Einsteins berømte ligning: E = mc2. Den energi som frigjøres, er større enn den energi de sammensmeltede partiklene hadde. I dette tilfellet er den energi som oppnås, to millioner elektronvolt.
Til sammenligning kan nevnes at når kull brennes, resulterer oksyderingen av et karbonatom i at det frigjøres fire elektronvolt. I kjernefysiske reaksjoner har vi å gjøre med energimengder som er mange millioner ganger større enn i kjemiske reaksjoner.
De første tre reaksjonene i tabellen antas å være de viktigste av de reaksjoner som finner sted i solen. Noen av de andre reaksjonene kan være lettere å få til i laboratoriet. Du vil se at ved reaksjonene 3, 5, og 6, hvor helium-4 dannes, frigjøres det langt større mengder energi. Dette skyldes de meget sterke bindinger som dannes mellom to protoner og to neutroner. Helium (4He) er et meget stabilt grunnstoff.
[Oversikt på side 20]
(Se den trykte publikasjonen)
1H PROTON
1n NEUTRON ATOMKJERNENS BYGGESTEINER
1H HYDROGEN
2H DEUTERIUM HYDROGENISOTOPER
3H TRITIUM
3He
4He HELIUMISOTOPER
ENERGI FRA FUSJONSREAKSJONER
I solen:
(1) 1H + 1H 2H + e 2.0 MeV
(2) 1H + 2H 3He 5.5 MeV
(3) 3He + 3He 4He + 1H + 1H 12.9 MeV
Andre reaksjoner:
(4) 2H + 2H 3He + 1n 3.2 MeV
3H + 1H 4.0 MeV
(5) 2H + 3H 4He + 1n 17.6 MeV
(6) 2H + 3He 4He + 1H 18.3 MeV