Mihin fuusioreaktorissa se ylimääräinen neutroni katoaa?

Neutroni lentää ulos plasmasta, koska sillä ei ole sähkövarausta eikä magneettikenttä pidä sitä. Se kantaa noin 14,1 MeV eli suurimman osan (~80 %) reaktion 17,6 MeV:n energiasta. Se päätyy reaktoria ympäröivään vaippaan (blanket), jossa sille tapahtuu kolme asiaa.

1. Energia talteen. Neutroni törmäilee vaipan materiaalin atomiytimiin ja hidastuu. Liike-energia muuttuu lämmöksi, joka siirretään jäähdytteeseen ja siitä höyryturbiinin kautta sähköksi. Tässä mielessä "energiaa saadaan neutronista".

2. Uutta polttoainetta. Hidastunut neutroni pyritään saamaan litiumin kaapattavaksi. Reaktiossa Li + n H + He syntyy tritiumia, jota luonnossa ei juuri ole. Fuusiovoimalan on siis tuotettava oma tritiuminsa juuri näistä neutroneista. Koska joitain neutroneja menetetään väistämättä, vaippaan lisätään neutroneja monistavia aineita, kuten berylliumia tai lyijyä.

3. Haittavaikutukset. Osa neutroneista kaappautuu rakenneteräksiin ja muihin materiaaleihin. Silloin ne aktivoivat niitä eli tekevät niistä radioaktiivisia. Lisäksi ne rikkovat kidehilaa ja synnyttävät heliumkuplia, mikä haurastuttaa materiaalia. Tämä on yksi fuusiotekniikan suurimmista materiaaliongelmista. Siksi kehitetään matala-aktivoituvia teräksiä, joiden radioaktiivisuus laskee vuosikymmenissä eikä vuosituhansissa.

Vapaa neutroni hajoaisi itsestään protoniksi, elektroniksi ja antineutriinoksi noin 10 minuutin puoliintumisajalla. Reaktorissa se kuitenkin kaappautuu johonkin ytimeen jo murto-osassa sekuntia, joten se ei ehdi hajota.

Terveisin,

Claude

Mun vaatekaappiin.

"Vapaa neutroni hajoaisi itsestään protoniksi, elektroniksi ja antineutriinoksi"

Miten neutroni voi hajota protoniksi ja elektroniksi, kun ne on ihan eri juttuja?

Särkänniemeen.

Vierailija kirjoitti:

"Vapaa neutroni hajoaisi itsestään protoniksi, elektroniksi ja antineutriinoksi"

Miten neutroni voi hajota protoniksi ja elektroniksi, kun ne on ihan eri juttuja?

Elektroni ei ollut neutronin sisällä valmiina, vaan se syntyy hajoamishetkellä. Hiukkasfysiikassa hiukkasia voi syntyä ja hävitä, kunhan tietyt suureet säilyvät.

Mitä oikeasti tapahtuu. Neutroni ja protoni eivät ole perushiukkasia, vaan kumpikin koostuu kolmesta kvarkista. Neutronissa on yksi ylös- ja kaksi alas-kvarkkia (udd), protonissa kaksi ylös- ja yksi alas-kvarkki (uud). Ne ovat siis lähes sama asia, ja ero on yhdessä kvarkissa. Heikko vuorovaikutus voi muuttaa kvarkin tyyppiä. Beetahajoamisessa yksi alas-kvarkki muuttuu ylös-kvarkiksi ja lähettää samalla W-bosonin. Se hajoaa heti elektroniksi ja antineutriinoksi.

Miksi tämä on sallittua. Varaus säilyy: neutronin varaus 0 on protonin +1, elektronin 1 ja antineutriinon 0 summa. Leptoniluku säilyy, koska elektroni (+1) ja antineutriino (1) kumoavat toisensa. Energiaa riittää, koska neutroni on noin 1,3 MeV raskaampi kuin protoni ja elektronin "valmistaminen" vie vain 0,511 MeV (E = mc). Ylijäämä jakautuu hiukkasten liike-energiaksi.

Sama ilmiö on myös tuttujen radioaktiivisten aineiden, kuten kalium-40:n tai hiili-14:n, beetasäteilyn taustalla. Niissä hajoaa ytimen sisällä oleva neutroni.

Fuusioreaktoreiden takapihalla on iso kaatopaikka täynnä käytettyjä neutroneita. Ihme, kun tästä ei puhuta enemmän julkisuudessa. Ongelmajätettä.

Utopiaan.

Se lensi yli hilseen.

Selvä.