19.8: 핵융합

매우 가벼운 핵을 무거운 핵으로 변환하는 과정은 또한 질량을 대량의 변환을 많은 양의 에너지로 변환하여 융합이라고 하는 과정을 수반한다. 태양의 에너지의 주요 원천은 4개의 수소 핵이 융합되어 궁극적으로 헬륨 핵 1개와 양전자 2개를 생성하는 순 융합 반응입니다.

헬륨 핵은 4개의 수소 핵의 질량보다 0.7% 적은 질량을 갖는다; 이 손실 된 질량은 융합 하는 동안 에너지로 변환 됩니다. 이러한 반응은 융합 경로에 따라 헬륨-4의 두더지 당 약 1.7 × 10⁹ 내지 2.6× 109킬로줄의 에너지를 생산한다. 이는 U-235(1.8× 10 10kJ)의 핵분열에 의해 생성된 에너지보다 다소 적습니다. 그러나, 헬륨-4 1그램의 융합은 약 6.5× 10^8kJ를 생산하며, 이는 U-235(8.5× 10 7kJ)의 1그램의 핵분열에 의해 생성된 에너지보다 크다. 헬륨 융합에 대한 반응제가 U-235보다 저렴하고 훨씬 풍부하기 때문에 특히 주목할 만하다.

수소, 듀테론 및 트리톤의 무거운 동위원소의 핵이 헬륨 핵과 중성자를 형성하기 위해 매우 높은 온도에서 열핵 융합을 겪는것으로 결정되었습니다. 이러한 변화는 헬륨-4 형성의 두더지 당 1.69 × 10⁹ 킬로줄의 방출에 해당하는 0.0188 무의 대량 손실로 진행됩니다. 매우 높은 온도는 핵에 대한 양전하로 인한 매우 강한 반발력을 극복하기에 충분한 운동 에너지를 주어 핵에 충돌할 수 있도록 하는 데 필요합니다.

유용한 융합 반응은 개시에 대해 매우 높은 온도가 필요합니다-약 15,000,000 K 이상. 이러한 온도에서 모든 분자는 원자로 해리되고 원자가 이온화되어 플라즈마를 형성합니다. 이러한 조건은 우주 전체에 걸쳐 매우 많은 수의 위치에서 발생하며, 별은 융합에 의해 구동됩니다.

고체 물질이 고온에서 안정적이지 않고 기계 장치는 융합 반응이 발생하는 플라즈마를 포함할 수 없기 때문에 융합 반응기를 만드는 것은 어려운 작업입니다. 융합 반응에 필요한 밀도와 온도에서 플라즈마를 포함하는 두 가지 기술은 현재 집중적인 연구 노력의 초점입니다: 토카막 반응기의 자기장에 의한 봉쇄와 집중 레이저 빔의 사용. 그러나, 현재 는 세계에서 작동하는 자립 융합 반응기는 없습니다, 작은 규모의 제어 융합 반응은 매우 짧은 기간 동안 실행되었지만.

이 텍스트는 Openstax, 화학 2e, 섹션 21.4: 변환 및 원자력 에너지에서 채택됩니다.