Aldebaran bulletin

Týdeník věnovaný aktualitám a novinkám z fyziky a astronomie.
Vydavatel: AGA & Štefánikova hvězdárna v Praze
Číslo 17 (vyšlo 28. dubna, ročník 1 (2003)
© Copyright Aldebaran Group for Astrophysics
Publikování nebo šíření obsahu je zakázáno.
ISSN: 1214-1674,
Email: bulletin@aldebaran.cz

Hledej

Sonofúze?

Milan Červenka

Jaderná fúze, zdroj energie hvězd, je i pro lidstvo velice lákavým zdrojem energie. Avšak pouze za nesmírně vysokých teplot a tlaků, jaké panují například v nitrech hvězd, mohou lehká atomová jádra překonat odpudivé elektrostatické síly, spojit se a uvolnit tak energii. U vodíkové bomby se těchto podmínek dosahuje krátkodobě, odpálením malé atomové bomby, zatímco s využitím urychlovačů může být dosaženo fúze malého množství jader.

Jaderná fúze (jaderná syntéza, slučování jader) – slučování jader lehkých prvků na jádra těžší, při kterém se uvolňuje velké množství energie. Jaderná fúze může probíhat tehdy, když jádra překonají odpudivé Coulombovské síly a přiblíží se na dosah jaderných sil. K tomu je zapotřebí velkých tlaků a teplot.

Kavitace – fyzikální jev v kapalině, při němž vznikají, vyvíjejí se a zanikají kavitační bubliny (dutiny), které jsou vyplněny parami, případně plyny. Kavitační bubliny mohou vznikat například působením intenzivních ultrazvukových vln při poklesu tlaku pod tlak sytých par (při dané teplotě).

Sonoluminiscence – při prudkém adiabatickém kolapsu kavitační bubliny dochází k velmi výraznému lokálnímu zvýšení teploty plynu, atomy v něm obsažené mohou být ionizovány a emitovat krátké záblesky světla. Tento jev se nazývá sonoluminiscence.

Podle zprávy uvedené 8. března 2002 v časopise Science, skupina vědců z Oak Ridge National Laboratory dosáhla jaderné fúze za pomoci zvukových vln. Za tímto účelem byl použit svazek neutronů s energií 14 MeV, který vytvářel bublinky par o poloměrech řádově (10÷100) nm v deuterovaném acetonu C3D6O (aceton, u něhož jsou atomy vodíku nahrazeny atomy deuteria). Zvukovými vlnami o kmitočtu 19,3 Hz byla vybuzena kavitace, projevující se vznikem světelných záblesků a přitom se podařilo detekovat tritium a další neutrony, což se interpretuje jako důkaz fúze jader deuteria.

Uspořádání experimentu

Kapalina vystavená intenzivním zvukovým vlnám může být zdrojem světelných záblesků. Tento jev se nazývá sonoluminiscence a objevuje se v kapalině při prudkém kolapsu (rázové kondenzaci) mikroskopických bublinek, které mohou vzniknout například při poklesu tlaku v kapalině pod tlak sytých par. Tyto bublinky s dalším poklesem tlaku zvětšují svůj poloměr (až 105 krát) a následně prudce kolabují, což má za následek velké lokální zvýšení teploty. Otázkou je, zda tato teplota může být natolik vysoká, aby umožnila jadernou fúzi. Za normálních okolností nikoliv, ale někteří vědci se domnívají, že v případě velmi malých bublinek vytvořených neutronovým svazkem toto možné je a teploty dosahují v maximu až (106÷107) K.

Fúze jader deuteria může probíhat dvojím způsobem. V prvním případě vzniká tritium a proton s energií 3,02 MeV, který je v acetonu rychle absorbován. V druhém případě fúzí dvou jader deuteria vzniká jádro helia He-3 a neutron o energii 2,45 MeV. Vědci z Oak Ridge National Laboratory tvrdí, že se jim tyto neutrony podařilo detekovat spolu se vznikajícím tritiem. Oba tyto jevy zmizely, když deuterovaný aceton byl nahrazen acetonem obyčejným a když teplota lázně byla změněna tak, aby nemohlo ke kavitaci docházet.

Je to příliš jednoduché, než aby to byla pravda? Zveřejnění této výzkumné zprávy vzbudilo ve vědeckém světě vášnivou vlnu diskusí. Vedení Oak Ridge National Laboratory vyzvalo další vědecké týmy k provedení nezávislých měření za použití jiného typu detektoru neutronů. Tito vědci sice neutrony detekovali, ale zhruba v desetkrát menším množství, než by se při fúzi deuteria dalo předpokládat.

Kritici experimentu netvrdí, že k jaderné fúzi takto nemůže dojít, pouze, že zatím nebyla uspokojivě prokázána. Již v roce 1994 však bylo poukázáno a numerickými simulacemi potvrzeno, že při kolapsu bublinky a vzniku rázové vlny může dojít k dostatečnému zvýšení teploty a tlaku, potřebnému pro fúzi jader deuteria.

Podobné experimenty budou v budoucnosti opakovány, uvažuje se zejména o využití laserového paprsku pro generaci bublinek, aby nemohlo dojít k chybné detekci neutronů z budícího svazku. Výsledky těchto experimentů by měly být známy v nejbližší budoucnosti.

Odkazy

  1. ECHOES, Newsletter of the Acoustical Society of America, 12 (2) 2002.
  2. Taleyarkhan, R., P., West, C., D., Cho, J., et al.:
    Evidence for Nuclear Emissions During Acoustic Cavitation
    , Science 295, 2002.

Valid HTML 5 Valid CSS!

Aldebaran Homepage