Nap

A Naprendszer messze legnagyobb tagja egy gáznemû sugárzó gömb, a Nap.
A Naprendszer tömegének 99,87%-a koncentrálódik benne, a fennmaradó rész háromnegyedét pedig a Jupiter teszi ki.
Átmérõje a Földének 109, míg a Jupiterének közel 10-szerese. Óriási tömege révén a Nap hatalmas gravitációs erõt fejt ki, s ez az erõ tartja együtt a rendszert, és irányítja valamennyi bolygó és kisebb égitest mozgását is.

A kisugárzott energia

A Napból áradó fantasztikus mennyiségû energia elsõsorban közeli ibolyántúli, látható és infravörös sugárzás formájában hagyja el a csillagot, de emellett a Nap kisebb mennyiségben mindenféle más sugárzást is kibocsát, a gamma- és röntgensugaraktól egészen a rádióhullámokig.

A Nap elemi részecskéket is kisugároz, amelyet napszélnek nevezünk.

A Nap fehér fénye színképnek (spektrumnak) nevezett színes fénysávra bontható a vöröstõl a kékig és az ibolyáig. A látható spektrum pontosan olyan, mint a szivárvány, mert a levegõben lebegõ vízcseppek fénytörõ prizmaként bontják színeire a napfényt. A prizmával elõállított spektrum színeirõl elõször Newton mutatta ki, hogy további színekre már nem bonthatók. A napfény folyamatos színképében több ezer abszorpciós vonal található. Az abszorpciós vonalak ujjlenyomatként jellemzõek a Nap mélyebb légkörében található kémiai elemekre.

A Napból másodpercenként kisugárzott energia teljes mennyiségét a Nap sugárzási teljesítményének nevezzük, és ugyanúgy wattban fejezzük ki, mint egy villanykörte teljesítményét. Ez az érték 3,86*10²⁶ watt. A kisugárzott energiamennyiségnek legfeljebb csak tízmilliárdod része éri el a Földet. A földi légkör 1 négyzetméterére merõlegesen beesõ teljesítmény még így is 1370 watt. Ez a mennyiség a napállandó.

A Nap szerkezete

A Nap átlagos sûrûsége (1410 kg/m³) a Föld átlagos sûrûségének csak egynegyede, a víz sûrûségének pedig 1,4-szerese, ami azt sugallja, hogy a Napot fõként könnyebb kémiai elemek alkotják: 73% hidrogén, 25% hélium, 2%-ban pedig nehezebb elemek.

A Nap belseje:

1. centrális mag
2. röntgensugárzási zóna
3. konvektív zóna

A Nap légköre:

1. fotoszféra (látható)
2. kromoszféra
3. korona

A Nap belseje

Mag

A Nap középpontjában a hõmérsékletet kb. 15 millió K-re, a sûrûséget pedig a ránehezedõ külsõ rétegek hatalmas nyomása miatt 160000 kg/m³-re (a víz sûrûségének 160-szorosára) becsülik.

A Nap rádiuszának mintegy egynegyedéig terjedõ központi mag fúziós atomerõmûként mûködik ahol az energia nagyenergiájú fotonok, így gamma- és röntgensugárzás formájában szabadul fel a könnyebb elemek nehezebbekké való egyesülése közben. A Nap magjában lejátszódó fúziós folyamatban proton-proton reakció zajlik le, melynek során hidrogénatomok magjai (vagyis protonok) egyesülnek, s héliumatommagok jönnek létre. Minden reakció eredményeként 4 proton egyesül egy-egy héliummaggá úgy, hogy közben kettõ átalakul neutronná. Minden reakcióban egy kicsiny tömeg energiává alakul át az E=mc² képletnek megfelelõen. Bár az egyes proton-proton reakciókban a tömegnek csak 0,7%-a alakul át energiává, a lejátszódó nagy számú reakciók miatt a Nap másodpercenként 4 millió tonna anyagot használ fel fényerejének megtartására.

Az óriási anyagvesztés ellenére a Nap még a mostanihoz hasonló szinten 5 - 6 milliárd évig sugározhat.

Röntgensugárzási zóna

A magot veszi körül kb. a sugár 70%-áig a röntgensugárzási zóna. Ebben a tartományban a fotonok gyakran ütköznek, elnyelõdnek, majd véletlenszerûen kisugárzódnak. Egy-egy fotont oly sokszor érik ilyen megpróbáltatások, hogy legkevesebb tízezer, de akár 1 millió évig is eltarthat mire a felszínre ér.

Konvektív zóna

A Nap felszínközeli külsõ, 25 - 30%-ot kitevõ részében nagyarányú konvekció zajlik. A hõ az anyag áramlása révén jut el a fotoszférába, majd onnan sugárzódik ki a világûrbe. Ezt a réteget konvektív zónának nevezik.

A Nap légköre

Fotoszféra

A Nap "látható" felszíne a fotoszféra, amely vékony (kb. 400 km vastagságú) gáznemû réteg. A szemünkbe érkezõ napsugárzás több mint 90%-a itt keletkezik (reemittálódik). A fotoszféra hõmérséklete kb. 6000 K.
A fotoszféra fényes granulák millióiból áll. A granulák olyan cellák amelyekben a forró gázok a mélybõl felfelé igyekszenek és a granulák közötti sötétebb közökben süllyednek vissza. A granulák tulajdonképpen felszálló konvektív elemek. Egy granula kb. 500 km átmérõjû és 1-2km/s sebességgel mozog felfelé. A granulák élettartama 5-7perc, ezalatt keletkeznek, alakjukat változtatják és összekeverednek a környezetükkel, eltûnnek. Kialakulhatnak szupergranulák, amelyek több száz elkülönült granulát tartalmazó cellák.

A fotoszféra legfeltûnõbb jelenségei a napfoltok.
Ezek két részbõl állnak, a sötétebb központi régióból (umbrából), és az, az umbrát körülvevõ világosabb régióból (a penumbrából), amelyet a középpont felõl szétágazó sötét és világos szálak alkotnak. A napfoltok sötétnek tûnnek a fotoszféra más részeihez viszonyítva, ami abból adódik, hogy környezetüknél mintegy 2000 K-nel alacsonyabb a hõmérsékletük. Hõmérsékletük átlagosan 4000 K.

Egy egyedülálló napfolt átlagos mérete 10 000 km, élettartama kb. 1 hét. (a piciny pórusoktól a granula méreten keresztül a több milliárd négyzetkilométerig terjedhet). A foltoknak kb. 5%-a olyan nagy, hogy kedvezõ körülmények mellett szabad szemmel is látni lehet. A napfoltok megjelenésének oka, hogy a fotoszférában idõnként erõs mágneses tér jön létre. Ahol a mágneses térerõsség megnövekedett, ott jelenik meg napfolt. Vannak É-i és D-i polaritású napfoltok.
A napfoltok csak ritkán láthatók egyedülálló foltként, általában foltcsoportokba tömörülnek. Egy foltcsoport jellegzetes mérete 100000km, élettartama kb. egy hónap. A legtöbb foltcsoport egy határvonallal két részre osztható; az egyik részben csak É-i, a másikban csak D-i polaritású foltok találhatók. Ezeket a foltcsoportokat poláros foltcsoportoknak nevezzük.
A napfoltok száma kb. 11,2 éves ciklussal változik. Az egymás után következõ ciklusok maximumai között pedig kb. 80 éves periódust lehet felfedezni. Történelmi beszámolók szerint nem egy nagyobb szünet is volt a napfoltciklusban pl. a Maunder-féle minimum 1645 - 1715 között.

A napfoltok környékén a fotoszféra világosabb gyöngyszerûen összefûzött szerkezetet mutat.
Ezt nevezzük fáklyamezõnek, ennek elemeit fáklyáknak.
A fáklyák a fotoszféra felsõ tartományában lévõ, a környezetüknél 300 fokkal magasabb hõmérsékletû felhõk.

Kromoszféra

A fotoszféra fölött a pár ezer kilométer vastag, ritkább réteg a kromoszféra helyezkedik el.
A kromoszférát már csak teljes napfogyatkozások alkalmával, vagy csak segédberendezésekkel figyelhetjük meg. Vastagsága mintegy 10 ezer km., sûrûsége már csak százezred része a fotoszféra sûrûségének. A kromoszférában a fotoszféra fölött néhány száz kilométer magasban a hõmérséklet 4300 K-re csökken. Ezután a hõmérséklet gyorsan nõ addig az átmeneti rétegig, amelyik a kromoszférát a Nap legkülsõ rétegét a koronától elválasztja.
A kromoszféra létét és magas hõmérsékletét a konvektív zónában keletkezõ különleges mágneses (magneto-hidrodinamikai) hullámoknak köszönheti.

	A kromoszféra jellegzetes megnyilvánulásai a protuberanciák, a Nap leglátványosabb jelenségei. Ezek a fotoszféra fölé nyúló izzó gázhidak a Napon, amelyek a két napfoltot összekapcsoló mágneses erõvonalakat követik. A felsõ kromoszféra és a korona környezõ anyagánál alacsonyabb hõmérsékletû, de nagyobb sûrûségû gázokból álló felhõk, szökõkutak és lángnyelvek. Jellegzetes méretük 100 ezer km, élettartamuk kb. egy hónap, de ez utóbbi nagyon változatos, akár egy évig is imbolyoghatnak a koronában. Az is elõfordulhat, hogy hirtelen akár 1000 km/s sebességgel , százezer kilométerekre kilódulhatnak a világûrbe. Teljes napfogyatkozáskor közvetlenül is láthatók, de leginkább azokon a hullámhosszokon figyelhetõ meg, amelyeken a hidrogén és a hélium fényt bocsát ki vagy nyel el.
	A Nap leghevesebb megnyilvánulásai a flerek. A fler lényegében a kromoszféra hirtelen kifényesedése a napfoltcsoportok fölött. A kifényesedés néhány perc alatt megy végbe, majd 20-100 perc alatt ismét elhalványodik. (Élettartama maximum pár óra.) Az összetett napfoltcsoportokhoz kapcsolódó összekuszálódott mágneses térben felhalmozott energia robbanásszerûen felszabadul, s ennek következtében az ott levõ elemi részecskék (elektronok, de néha protonok is) nagy sebességre gyorsulnak fel és kilökõdnek.
Ilyenkor nagy energiájú részecskék zápora éri el a Föld mágneses mezejét illetve légkörét. Igen ritkán olyan nagyintenzitású napkitörések is elõfordulnak, amelyek alkalmával kozmikus (közel fénysebességgel mozgó) protonokat is észlelhetünk. Ezeket proton flereknek nevezzük

Korona

A korona a Napsugarát többszörösen kitevõ távolságig terjed, hõmérséklete 1 - 5 millió K között van. A korona a kromoszféránál is ezerszer kisebb sûrûségû gázfelhõ (1 milliószor ritkább, mint a Föld légköre), de részecskéinek nagy az energiája, így magas a hõmérséklete. A korona fûtésében is a konvektív zónában keletkezõ mágneses hullámok játsszák a fõszerepet.

A belsõ korona mintegy 1,5 milló km-re terjed ki, , de nagy anyagkiáramlásai akár 3 millió km-re is kiterjedek, folyamatosan megy át a bolygóközi anyagba.
A korona túl halvány ahhoz, hogy speciális eszközök nélkül látni lehessen, ami alól kivétel a teljes napfogyatkozás ideje, amikor a holdkorong legfeljebb néhány percre takarja el a fotoszféra vakító fényét.
A kép 1991. július 11-én készült (Kaliforniában ) 5 egyedi kép felhasználásával.

A korona jóval forróbb a fotoszféránál és magas hõmérséklete miatt a röntgensugárzása igen erõs, a fotoszférával ellentétben, amelynek röntgensugárzása elenyészõ. A napfoltmaximumokat kivéve a korona szerkezete meglehetõsen egyenetlen. A röntgen- és ibolyántúli felvételeken sötét foltokként feltûnõ koronalyukak hidegebb, alacsonyabb sûrûségû és nyitott mágneses mezejû képzõdmények (azaz a mágneses erõvonalak valahol a bolygóközi térben záródnak ahelyett, hogy visszakanyarodnának a Nap felé). A koronalyukakból áramlanak ki azok a részecskék amiket napszélnek nevezünk. A teljes napfogyatkozás alkalmával szépen megfigyelhetõ.

A NAP ADATAI
Tömeg A Föld tömegével kifejezve:	1,989 10³⁰ kg 332 830*Föld tömeg
Egyenlítõi sugár A Föld egyenlítõi sugarával:	695 000 km 108,97
Közepes sûrûség (gm/cm³)	1,41 gm/cm³
Tengelyforgási idõ	25 -36 nap
Egyenlítõi nehézségi gyorsulás	274 m/sec²
Szökési sebesség	618,02 km/sec
Felszíni hõmérséklet kb.	6000 K
Centrális hõmérséklet	10-20 millió K
Összetétele: Hidrogén Hélium Oxigén Szén Nitrogén Neon Vas Szilicium Magnézium Kén Egyéb	Összetétele: 92,1 % 7,8 % 0,061 % 0,030 % 0,0084 % 0,0076 % 0,0037 % 0,0031 % 0,0024 % 0,0015 % 0,0015 %

A Nap gyorsabban forog az egyenlítõjénél mint a pólusokon. Az egyenlítõn mért forgási periódus 25 nap, a sarkok közelében 35 nap.

Napfogyatkozás

A teljes napfogyatkozás egyáltalán nem ritka jelenség. Földünk valamely vidékén minden másfél évben megfigyelhetõ ha jó az idõjárás. Akkor következik be, ha a Hold éppen a Nap és a Föld közé kerül, s árnyékát bolygónkra vetíti. Minthogy a Naphoz képest mind a Hold mind pedig a Földünk mozgásban van, az árnyék szinte végigszáguld bolygónk felszínén, végigsöpörve az úgynevezett totalitási zónát. Ha valaki ebbõl a sávból figyeli a Napot, teljes napfogyatkozás tanúja lehet. Ez a zóna azonban rendkívül keskeny, ezért a Föld egy kiválasztott pontján nagyon ritkán következik be teljes napfogyatkozás, hozzávetõlegesen 300 évenként egyszer és akkor is csupán maximum 8 percig.

Egy-egy fogyatkozás kezdete szinte eseménytelen. A Hold korongja kis horpadást alkot a Nap nyugati peremén, jelezve, hogy a csillagászati esemény elkezdõdött. A sötét folt egyre növekszik, s alig egy óra múltán már csak keskeny, vakító sarlócska ragyog az égen. Eddig tart arészleges napfogyatkozás.

Részleges napfogyatkozás idején a fák lombjának árnyékában csupa sarlóalakú foltot figyelhetünk meg. A következõk miatt: a fényfoltok a lomb árnyékában tulajdonképpen a Nap tükörképei, fogyatkozáskor pedig a Napnak sarló alakja van és pontosan ilyen alakú a mása is a lomb árnyékában.

A teljes fogyatkozás bekövetkezte elõtti néhány percben aztán drámai fejleményeknek lehetünk tanúi. A hõmérséklet hirtelen csökken az árnyékzónában, mivel sokkal kevesebb napsugárzás éri. Az égbolt elsötétül és gyakran mélykék színûvé válik, a távoli részeit sárgás színû köd borítja. A madarak megzavarodva a váratlan "alkonyattól" fészkükre szállnak. Hirtelen minden elsötétül. A Nap egyre keskenyedõ sarlója szinte gyöngysorrá töredezik, s látványosan sziporkázik a Hold hegyei közt levõ völgyeken át. Néhány csillogó "gyöngyszem" összekapcsolódik, s ragyogó gyûrût von csillagunk köré. Ezt a tüneményt szokták "gyémántgyûrûként" emlegetni. A teljes fogyatkozás pillanataiban a Nap légkörének halványabb, külsõ rétegeit, a koronát is megpillanthatjuk a Hold sötét sziluettje körül. Ezüstfehér színû, szálas, pelyhes szerkezete miatt madárszárnyakhoz hasonlít. A teljes napfogyatkozás néhány perce alatt készült színes felvételeken a korona belsõ tartományaiban valószínûleg rózsaszínes foltokat találunk, amelyek napkitörések fényesen izzó hidrogénfelhõi.

Teljes napfogyatkozás csak olyankor következhet be, amikor a Hold árnyékkúpja eléri bolygónk felszínét. A holdpálya elnyúlt ellipszis lévén csak olyankor jöhet létre totális fogyatkozás, amikor égi kísérõnk a pályájának Földhöz közelebbi felén jár, azaz a perigeum környékén tartózkodik.

Ha a Hold pályájának távolabbi felében, az apogeum környékén található a fogyatkozás idején, akkor árnyékkúpjának hegye nem éri el Földünket, s égi kísérõnk kisebb átmérõjûnek látszik mint a Nap. Ilyenkor a Hold pereme körül a napkorong fényesen ragyogó szélét láthatjuk. Ez az úgynevezett annuláris, vagy gyûrûs napfogyatkozás rendkívül látványos, de tudományos szempontból alig van jelentõsége.

Centrális fogyatkozásról beszélünk, ha a Hold árnyékkúpjának hegye éppen csak súrolja a Föld felszínét, s ilyenkor a fogyatkozási sáv egy részén teljes, másutt gyûrûs fogyatkozást figyelhetünk meg. Átlagosan 18 évenként fordul elõ.

Azok a megfigyelõk, akik a teljes vagy gyûrûs fogyatkozás sávjától nem túl messze végzik vizsgálataikat, részleges fogyatkozás szemtanúi lehetnek. Ilyenkor ugyanis a Hold a napkorongot csak részben takarja el. Ilyenkor a megfigyelõ a Hold félárnyékában van.
A kép Vácott készült (saját fotó részlete), ahonnan csak részleges napfogyatkozást lehetett látni, amikor Magyarországon 1999. augusztus 11-én másfél évszázad múltán (1842-ben volt korábban) köszöntött be ismét a nappali sötétség a Sopron - Békéscsaba közötti területen, 112 kilométeres szélességben.

A fogyatkozásokat szabad szemmel nézni rendkívül veszélyes! Sokan, fõként gyerekek, hajlamosak rá, hogy minden segédeszköz nélkül bámulják a fogyatkozásban levõ Napot, s eközben súlyos retinaégést szenvednek. A szemlencse ugyanis (az egyszerû nagyítóhoz hasonlóan) összegyûjti a Nap sugarait, amelyek találkozási helyükön, a retinán égési sebet okoznak. Ez pedig teljes vaksághoz vezethet.
A részleges napfogyatkozások során leggyakrabban használt megfigyelési segédeszköz egy gyertyalánggal mindkét oldalán bekormozott közönséges üvegdarab. Az elõhívott filmek végén található fekete befûzõdarabok is alkalmasak erre a célra, ha elég sötétek. A legjobb a hegesztõk által használt védõszemüveg. A teljes fogyatkozás alatt nyugodtan csodálhatjuk a jelenséget, minthogy ilyenkor a Nap környékének fényessége a teliholdéhoz hasonló. Ha valakinek elég sok pénze van, vagy már annyira ért a csillagászathoz, hogy befizetik egy ilyen útra, akár szuperszonikus repülõgéprõl is végezheti a vizsgálatait, amely a legkedvezõbb irányba repülve két óráig is a teljes napfogyatkozás övezetében tartózkodhat (egyébként ilyet már csináltak).

A Nap csak Kopernikusz után (XVI. sz.) foglalhatta el az õt megilletõ helyet a Naprendszer középpontjában.

A Nap csak egy csillag a sok közül, amely pusztán azért látszik olyan fényesnek, mert rendkívül közel van hozzánk.
Ha ugyanolyan távol volna, mint a második legközelebbi csillag, az Alfa Centauri, semmivel sem volna különb, mint a többi fényes csillag. Eltekintve a bolygórendszerünkben elfoglalt középponti helyétõl, nincs semmi olyan különös ismertetõjele amely megkülönböztetné a
Tejútrendszer sok milliárdnyi hasonló csillagától.

A földlakók szempontjából természetesen rendkívül fontos szerepet játszik a Nap, mivel az élethez elengedhetetlenül fontos meleg és fény forrása. A Nap szerepe nélkülözhetetlen az emberiség életében, az emberiség léte viszont teljesen lényegtelen az egész Világegyetem szempontjából.

Nap

A Napról általában

    A Nap csak egy csillag a sok közül, amely pusztán azért látszik olyan fényesnek, mert rendkívül közel van hozzánk. Ha ugyanolyan távol (4,3 fényévre) volna, mint a hozzá hasonló egyik legközelebbi csillag, az Alfa Centauri, olyannak látszana az égen, mint a többi fényes csillag. A Nap a legtöbb tekintetben átlagos csillag. Mérete, tömege is közepes. A Föld szempontjából természetesen rendkívül fontos szerepet játszik a Nap, mivel az élethez elengedhetetlenül fontos meleg és fény forrása. A Nap nélkülözhetetlen az emberiség életében.
    A Naprendszer központi csillagában a Naprendszer tömegének 99,87%-a koncentrálódik. Óriási tömege révén a Nap hatalmas gravitációs erőt fejt ki, s ez az erő tartja együtt a rendszert, és irányítja valamennyi bolygó és kisebb égitest mozgását is.
    A Napot számos ókori civilizációban természetfeletti jelenségnek tekintették és istenként tisztelték. Egyiptomban Amon, Mezopotámiában Samas, Görögországban Apollón néven tisztelték. Anaxagorasz görög filozófus az i. e. 5. században elsőként állt elő természettudományos magyarázattal: szerinte a Nap egy izzó vasgömb, szokatlan elképzelését istenkáromlásnak minősítették, és őt magát börtönbe vetették. Galileo Galilei a távcsövének megépítése után a Napot is tanulmányozta, felfedezve a napfoltokat, majdIsaac Newton prizma segítségével összetevőire bontotta a fehér napfényt. Ez utóbbi módszert felhasználva fedezte fel William Herschel az infravörös sugárzást 1800-ban. A 19. században végzett vizsgálatok során Joseph von Fraunhofer elsőként figyelt meg elnyelési vonalakat a Nap színképében, amelyből a naplégkörben lévő kémiai összetételre lehet következtetni. Hans Bethe 1939-ben dolgozta ki a magfúzió elméletét, ami magyarázatot adott a Nap energiatermelésére.
    A Napból a Föld légköréhez merőlegesen érkező fény mennyisége átlagosan 1363 W/m², ez a napállandó, ami a napfoltciklussal kb.0,1%-ot ingadozik. A napfény energiáját egyre nagyobb mértékben hasznosítják: elektromos áramot (napelemek, naperőművek) és hőenergiát (napkollektorok) állítanak elő belőle.
    A Napot időnként részben vagy egészében elfedi a Hold, ekkor részleges vagy teljes napfogyatkozás következik be. Gyűrűs is lehet, ha a Nap aránylag közel, a Hold pedig távol van. Az ellipszis alakú pályák miatt ugyanis változó a Nap és a Hold látszó mérete. AHold árnyékfoltja nagy sebességgel mozog a földfelszínen. Magyarországról 1999. augusztus 11-én lehetett látni teljes napfogyatkozást. A Merkúr és a Vénusz is a Nap és a Föld közé kerülhet, ezek a bolygóátvonulások. Ilyen jelenséget, amikor egy bolygó eltakarja a csillaga egy részét és ezért a csillag fényessége az átvonulás idején kissé lecsökken, más csillagoknál is megfigyeltek, immár 100-nál is több "tranzitos exobolygót" fedeztek fel.

A Nap legfontosabb adatai

A Nap belső szerkezete

    A Nap kb. egynegyed részéig terjed a központi mag, ahol a nagy hőmérséklet miatt végbemehet a fúziós energiatermelés. A folyamat során nagyenergiájú fotonok keletkeznek.
    A magot a röntgensugárzási zóna veszi körül kb. a sugár 70%-áig. Ebben a tartományban a fotonok gyakran ütköznek az atomokkal, elnyelődnek, majd kisugárzódnak. Egy-egy fotont oly sokszor érnek ilyen hatások, hogy mintegy tízezer évig is eltarthat, mire a felszínre ér.
    A Nap felszíne alatti, sugarának 25–30%-át kitevő részében nagyarányú konvekció zajlik. Ezt a réteget konvektív zónának nevezik. A hő az anyag áramlása révén jut el a fotoszférába, majd onnan sugárzódik ki a világűrbe.
    A Nap légkörét főként könnyebb kémiai elemek alkotják: 70% hidrogén, 28% hélium, 2%-ban pedig nehezebb elemek. A magban már csak 35% a hidrogén aránya (tömeg szerint).

A Nap energiatermelése, magfúzió
    A Nap magjában a számítások szerint 15-16 millió K a hőmérséklet, 3·10¹¹atmoszféra nyomás uralkodik, a sűrűség 155 g/cm³. A Nap sugarának mintegy egynegyedéig terjedő központi mag fúziós atomerőműként működik, ahol az energia nagy energiájú fotonok, így gamma- és röntgensugárzás formájában szabadul fel a könnyebb elemek nehezebbekké való egyesülése közben. A fúziós folyamatban proton-proton reakció zajlik le, melynek során hidrogénatomok magjai (vagyis protonok) egyesülnek, s héliumatommagok jönnek létre (pp-ciklus). A protonok közötti elektromos taszítás ellenére akkor jöhet létre az ütközés, ha a részecskék nagyon nagy sebességgel mozognak, azaz óriási a hőmérséklet. Ám a Nap magjában az átlagos protonenergia kisebb, mint a Coulomb-gát magassága, a fúziót az alagúteffektus teszi lehetővé.
    A Napban a pp-ciklus dominál, de kisebb mértékben a CNO-ciklus (1, 2) is hozzájárul az energiatermeléshez (utóbbi folyamat a nagyobb tömegű csillagokban jellemző). A Nap a mostanihoz hasonló szinten még 6 – 7 milliárd évig sugározhat.

Nap légköre
Légköri rétegei: fotoszféra, kromoszféra, napkorona, mely fokozatosan megy át a bolygóközi tér anyagába. A korona napfogyatkozáskor válik láthatóvá.
A Napból áradó hatalmas mennyiségű energia elsősorban közeli ultraibolya, látható és infravörös sugárzás formájában hagyja el a csillagot, de emellett a Nap kisebb mennyiségben mindenféle más sugárzást is kibocsát, a gamma- és röntgensugaraktól egészen a rádióhullámokig. A földi légkör ebből sokat elnyel, csak egy része ér le a felszínre. A Nap elemi részecskéket (főleg protonokat és elektronokat) is kisugároz, amelyet napszélnek nevezünk.

A Nap "felszínének" jellemzői, a fotoszférában lejátszódó jelenségek
    A Nap általunk látható és megfigyelhető része a fotoszféra. A Földünkig eljutó napsugárzás 90%-a ebben a rétegben keletkezik. A fotoszféra átlagos hőmérséklete körülbelül 5800 K, de vannak ennél hidegebb (napfolt) és melegebb (fáklya) régiói. A fotoszférát granulák építik fel. A granulákban 5-7 km/s sebességgel felfelé áramló forró gáz van, míg a granulák között már a kihűlt, lefelé süllyedő gáz található. Egy átlagos granula átmérője 500 km. A granulák, miután létrejönnek, folyamatosan változtatják az alakjukat, keverednek az őket körülvevő anyaggal és lassan eltűnnek. Ehhez a folyamathoz 10-20 percre van szükségük. Több száz granulát tartalmazó cellából szupergranulák jöhetnek létre, melyek átmérője eléri a 30.000-50.000 km-es nagyságot is. A granulációval ellentétben a szupergranuláció nem figyelhető meg optikai távcsővel. A szupergranulák létezését a vízszintes sebességeloszlás mérésével lehet kimutatni. A szupergranulában a plazma áramlási sebessége 0,5 km/s. Egy szupergranula átlagos élettartama 1-2 nap lehet.
A napfoltok és fáklyák
    A Nap fotoszférájának leglátványosabb képződményei a napfoltok. Távcsővel és néha szabad szemmel is jól megfigyelhető alakzatok. Először Galilei figyelte meg a napfoltokat, 1609-ben. (Idős korára ezért meg is vakult - a Napba szabad szemmel nézni tilos, mert maradandó szemkárosodást okozhat.). A napfoltok mérete nagyon változó lehet, az egészen aprótól az óriás méretig (több milliárd km²-nyi területű). A napfoltok általában nem egyedül jönnek létre, hanem csoportokat alkotnak. A napfoltcsoportok élettartama 1-4 hét között változik. A napfoltnak két része van. Egy sötétebb belső mag, az umbra és egy világosabb, szálas szerkezetű külső rész, a penumbra. A színbeli különbséget a hőmérséklet változása hozza létre. A napfolt eleve hidegebb a fotoszféra többi részénél, körülbelül 1500-2000 fokkal, az umbra a folt leghidegebb része, ezért látjuk sötétebbnek. A különféle hullámhosszokon más-más képet mutat a környezetük. A napfoltok keletkezését a mágneses térerősség megnövekedése okozza, általában egy hurok alakú mágneses erővonal-cső kibukkanása. Vannak É-i és D-i polaritású napfoltok. A foltokban a mágneses tér erőssége elérheti a néhány ezer gausst (néhány tized teslát), amit a Zeeman-effektus miatti színképvonal-felhasadás mértékéből lehet meghatározni.
    A napfoltok közelében gyakoriak a fáklyamezők. A fáklyákból kialakuló mezők fényes, gyöngyszerűen összefűzött alakzatot alkotnak. A környezetüknél 300 fokkal magasabb hőmérsékletű régiói a fotoszféra felső tartományának. A fáklyák kialakulásában is a mágneses tér játszik fontos szerepet.    Napfoltciklus
    A napfoltok száma időben változó, ebben a változásban megfigyelhető egy 9-13 éves, átlagosan 11,2 éves ciklikusság. Az egymást követő maximumok között ennyi idő telik el, amit napfoltciklusnak (naptevékenységi ciklusnak) nevezünk. Ha megnézzük a foltok számának időbeli változásátmutató ábrát, akkor látszik, hogy a maximumok magassága között különbségek vannak, illetve a ciklusok hossza is változó. Az is jól kirajzolódik, hogy a minimumtól a maximumig meredekebb az emelkedés, kb. 3-4 év, míg a napfoltok számának csökkenése egy lassabb folyamat. 1650 és 1700 között meglepően kevés volt a napfolt, ezt az időszakot Maunder-minimumnak nevezzük. Pillangódiagramnak hívjuk (alakja miatt) a napfoltcsoportok naprajzi szélesség szerinti eloszlásának ábrázolását. A következő napfoltmaximum időpontja és erőssége csak becsülhető.

A kromoszféra
A Nap centrumától kifelé, a fotoszférát elhagyva jutunk a kromoszférába, amely a légkör következő rétege. A ritka és vékony (kb. 5000 km vastag) kromoszférán általában átlátunk, viszont napfogyatkozáskor, amikor a fedés idején a fotoszféra nem látható, néhány pillanatra jól megfigyelhetővé válik a kromoszféra. A kromoszféra szerkezetére az egyenetlen anyageloszlás jellemző, mivel a régión belül nagy hőmérséklet-változás következik be. A kromoszféra alján 6000 K uralkodik, míg a régió tetejére érve már 20000 K mérhető.
A protuberanciák és filamentumok A kromoszférában megfigyelhető leglátványosabb jelenségek egyike a protuberancia. A kromoszféra és a korona anyagánál alacsonyabb hőmérsékletű, de sűrűbb plazmából álló felhő, illetve lángnyelv. Nehezen megfigyelhető jelenség, leginkább azokon a hullámhosszakon lehet észlelni, ahol a hidrogén és a hélium fényt nyel el vagy bocsát ki. Filamentumnak akkor hívjuk a protuberanciát, ha a képződményt az elnyelési hullámhosszakon vizsgáljuk. A gyakori hurok alak a helyi mágneses teret rajzolja ki, hiszen az elektromosan töltött anyagra hat a mágneses Lorentz-erő. A protuberanciákat két osztályba sorolhatjuk: nyugodt és aktív protuberancia. A nyugodt protuberancia lassan változtatja az alakját és hónapokig,illetve akár egy évig is jelen van a légkörben. Ha a gáz nagyon gyorsan mozog és ezáltal az anyag kifelé száll, már aktív protuberanciáról beszélünk.

Napkitörések, flerek    A Földre legnagyobb hatással a napkitörések vannak. A Nap felszíne közelében, a napfoltcsoportok felett hatalmas (minden bizonnyal fúziós) robbanások fordulnak elő, amikor a mágneses tér nagyon összenyomja és felmelegíti a hidrogéngázt. Ilyenkor nagy sebességgel plazmafelhő hagyja el a csillagot, s indul el a bolygóközi térbe. Ha Földünket eléri, jelentős hatásai vannak: megváltozik az ionoszféra magassága és vastagsága, geomágneses viharok alakulnak ki, több lesz a sarki fény. A nagyfeszültségű vezetékekben nagy áramlökések indukálódhatnak, emiatt már több alkalommal keletkeztek komoly károk transzformátortelepekben.

A korona
    Ez a régió helyenként nagyon forró, így igen erős röntgensugárzása van. A korona fűtésének mechanizmusa még nem teljesen tisztázott, pl. a mágneses erővonalak rezgései (a magnetoakusztikus hullámok) szállíthatnak oda energiát. A korona szerkezete egyenetlen. A röntgenfelvételeken sötét foltokat is meg lehet figyelni, melyek hidegebb, alacsonyabb sűrűségű és nyitott mágneses mezejű koronalyukak, innenindul ki a napszél. Napszélnek nevezzük, mikor a korona anyaga kifelé irányuló áramlást végez. Ekkor a részecskék hőmozgásának sebessége már meghaladja a szökési sebességet. Nagy plazmafelhők is kidobódhatnak (koronakitörés, CME: Coronal Mass Ejection). Az áramlási sebesség 400-800 km/s.
A Nap kutatása földi eszközökkel    Kisebb távcsövekkel biztonságosan nézhetjük a Napot, ha speciális napfényszűrő fóliát vagy jól beállított Herschel-prizmáthasználunk, ami a fénynek csak kis töredékét engedi a szemünkhöz. Egyébként tilos távcsővel (de még szabad szemmel sem ajánlatos) a Napba nézni, vakságot okozhat!
    Árulnak speciális kis naptávcsöveket hidrogén Balmer-alfa szűrővel (pl. Coronado típus). Ezekkel meglepően részletgazdag felvételeket lehet készíteni a Nap korongjáról, napkitörésekről.
    Hazánkban a Nap megfigyelésével főleg az MTA CSKI Debreceni Napfizikai Obszervatóriumában foglalkoznak.
    Híres a Nap kutatásáról a Mount Wilson (Kalifornia), National Solar Observatory (Tucson/Kitt Peak, Arizona), a High Altitude Observatory (Boulder, Colorado) és a svéd naptávcső (Kanári-szigetek).
    Az eddigi legrészletesebb képet napfoltról az amerikai Big Bear Solar Observatory (BBSO, Kalifornia) csillagvizsgálóból készítették. Bolygónk felszínéről azért nehéz nagy felbontású, részletes optikai felvételeket kapni a csillagászati objektumokról, mert a légkör kavargó mozgása eltorzítja a rögzített képet. Ezt csökkentendő alkalmazzák az úgynevezett adaptív optikát, melynél a tükör alakját számítógéppel folyamatosan úgy módosítják, hogy az csökkentse a légkör hatását - így sikerült az eddigi legrészletesebb földfelszíni felvételeket elkészíteni. A csillagvizsgáló New Solar Telescope (NST) nevű naptávcsövének 1,6 méter átmérőjű főtükrét 97 apró mechanikai eszközzel folyamatosan deformálják. A fejlesztés során még ennél is részletesebb képeket várnak a távcsőtől. A napfoltokról készült fotókon 80 kilométeres részleteket is megpillanthatunk, ami rekordnak számít. Jól megfigyelhető a képeken a napfoltok kettős szerkezete, a belső sötét umbra és a körülötte húzódó szálas penumbra, környezetében pedig a fotoszférának a granulációs (szemcsézett) szerkezete azonosítható. Hidrogén Balmer-alfa szűrővel a teljes napkorongról is rendszeresen készítenek felvételeket.
A Nap kutatása űreszközökkel
    A Nap vizsgálatához számos űrszondát készítettek. Így lehetővé vált a csillagunk sugárzásának mérése minden hullámhossztartományban, olyanokban is, melyeket a földi légkör elnyel. A Nap megfigyelésére szolgáló első eszközök a NASA Pioneer szondái voltak 1959 és 1968 között. Ezek a Földdel megegyező távolságban keringtek a Nap körül, és a napszél alapos tanulmányozása mellett a Nap mágneses terének a felfedezése is nekik köszönhető. A Helios–1 jelű német-amerikai űrszonda – amelyet 1974-ben bocsátottak fel – pedig már a Merkúr pályáján belülről végzett kutatásokat. A Skylab űrállomásról, majd a Yohkoh űrtávcsővel vizsgálták a Nap röntgensugárzását.

Az egyik legsikeresebb szonda a SOHO (SOlar and Heliospheric Observatory), amelyet 1995 végén indítottak, majd juttattak a térben speciális helyre. A Földtől 1,5 millió km-re, mindig a Nap és a Föld között tartózkodva (az L1 Lagrange-pont körüli kis pályán) kering a Nap körül. Sokféle műszere a látható és az ultraibolya tartományban szinte folyamatosan figyeli csillagunkat. A Nap korongjátegy kis koronggal kitakarva (állandó mesterséges napfogyatkozást létrehozva) kiválóan megfigyelhető a légköre, koronája, anapkitörések időbeli-térbeli lefolyása. Forradalmian új eredményeket hozott a napfoltok szerkezetének vizsgálata is. A Földre érkező napenergiának változását szintén űrszondákkal mérik. A napállandó: a légkör tetején az 1 négyzetméterre másodpercenként érkező elektromágneses sugárzási energia, átlagosan 1363 W/m², 0,1%-ot ingadozik a napfoltciklus szerint.

    Az 1990-ben indított Ulysses űrszondát a Jupiterhez irányították, ahol az óriásbolygó gravitációs tere kilendítő hatásának segítségével a szonda a bolygók síkjára közel merőleges pályasíkra került, így a Nap körüli keringése (1, 2, 3) során a csillagunk sarki részei felett repül el. Lehetségessé vált a Nap poláris mágneses terének mérése, amit a Földről nem tudunk elvégezni. A napszél sebességeloszlásáról is sok új információt kaptunk.
    A Genesis űrszondát 2001-ben azzal a céllal indították a SOHO-éhoz hasonló pályára, hogy éveken át gyűjtse a Napból kiáramló részecskéket, a napszél összetevőit. 2004-ben hozta vissza az anyagmintát (sajnos a fékezés nem sikerült, a kapszula becsapódott a földbe), ezáltal a földi laboratóriumokban részletesen lehet vizsgálni a Nap kidobott anyagát. Számos további Nap-kutató űreszköz működik, melyek segítségével jobban megértjük csillagunk működését, a Földre gyakorolt hatását, előre tudjuk jelezni, mikor éri el nagy napkitörés bolygónkat. Ez azért is nagyon fontos, mert a naptevékenység alapvetően befolyásolja a földi időjárást.     Az utóbbi években számos új szondával vizsgálják csillagunkat (pl. ACE, Trace, Hinode 1, 2). A Stereo misszió 2 szondából áll. A Földéhez hasonló pályán keringenek, lassan távolodnak két irányban bolygónktól. 2011 februárjában éppen a Nap két ellentétes oldalán voltak, így a csillagunk egésze tanulmányozható volt. A Solar Dynamic Observatory (SDO) a SOHO utóda, sokkal jobb felbontású kamerájával folyamatosan készít felvételeket több hullámhossztartományban.

A Nap forgása    Mivel nem szilárd, hanem plazma az anyaga, a különböző szélességi körökön lévő területei eltérő sebességgel forognak; az egyenlítői területek 25, míg a sarkvidékek csak 32 naponként fordulnak körbe.

Nap egyenetlenül forog, "differenciálisan rotál". Ez azt jelenti, hogy egyrészt a forgás sebessége függ a Nap egyenlítőjétől való távolságtól, a heliografikus szélességtől (1, 2). Az egyenlítőnél forog a leggyorsabban, a sarkok felé lassul a forgás szögsebessége (ennek oka részben a Coriolis-erő, illetve a felszín alatti nagy ún. meridionális áramlások). Másrészt változik a rotáció a felszín alatti mélységgel is. A konvektív zóna és a sugárzási zóna határa (az ún. tachoklína) alatt viszont már szinte merev testként, egyenletesen,ugyanakkora szögsebességgel forog a Nap. Mindennekfeltérképezésében is nagy szerepe volt a SOHO-nak és más űrszondák méréseinek.
A Nap rezgései Az 1980-as évek elején sikerült először megmérni a Nap felszínén az anyag mozgásának részletes sebességviszonyait (1, 2, 3, 4), aDoppler-mintázatát. Kiderült, hogy a csillagunk sok-sok frekvenciával (több módusban) oszcillál, hasonlóan rezeg, mint egy megkondított harang. 5 perc körüli periódussal ún. haladó hullámok terjednek a Nap felszínén, de a rezgések a belsejébe is behatolnak. A földrengésekhez hasonlóan a Napnál is különféle mélységekben verődnek vissza a hullámok, és éppen ez ad lehetőséget a belső szerkezet, sűrűségeloszlás feltérképezésére. Kialakult egy új tudományág, a helioszeizmológia, amely a naprezgések megfigyelésével és elméleti vizsgálatával foglalkozik. A nem radiális pulzáció akusztikus (p) módusai a felszín közelében, a gravitációs (g) módusai a csillag belsejében nagyobb amplitúdójúak.

A Nap fejlődése, életútja
A Nap egy sárga törpe, átlagos csillag. Mintegy 12 milliárd évig tartó fejlődésének közel felénél tart, 4,57 milliárd éves. Anyagának csaknem háromnegyed része hidrogén, amely a magjában zajló magfúzió során héliummá alakul át, miközben energia, azaz nagy energiájú fotonok szabadulnak fel. Lassan nő a sugara, a felszíni hőmérséklete és a luminozitása. Ha majd elfogy a fűtőanyaga, akkor összehúzódik, de eközben annyira felmelegszik a magja, hogy beindul a már ott lévő hélium szénné való átalakulása. Ez a folyamatmég nagyobb energiatermeléssel jár majd, így a csillag mérete több százszorosára nő (valószínűleg a Földet is elnyeli). A felszíni rétege viszont kevésbé forró lesz a mostaninál, ún. vörös óriás csillag jön létre. Ez az állapot aránylag rövid ideig tart. A fúzió megszűnése után a belső nyomás lecsökken, a saját gravitációs vonzása miatt a csillag véglegesen összeroskad, egy kb. Föld-méretű, nagyon sűrű, forró ún. fehér törpe jön létre, amely évmilliárdok alatt kihűl.

Fogalmak:
Csillag: Óriási méretű, izzó, ezért világító gázgömb, amelyet anyagának tömegvonzása tart össze. A magjában az atommagok egyesülése során felszabaduló hatalmas mennyiségű elektromágneses energiát (fotonokat) sugározza ki. Felületi rétegében több 1000 vagy 10 000 K hőmérséklet van. Légköre legnagyobbrészt hidrogénből áll. Csillagászati egység: A csillagászatban használt távolságegység, amely megegyezik a Föld és a Nap átlagos távolságával, azaz a Föld-pálya fél nagytengelyével (150 millió km = 8,3 fényperc). Napkitörés (fler): A Nap fotoszférájának és kromoszférájának rövid idejű fényességnövekedése, amely többnyire a napfoltok közelében lép fel. Élettartama 10-45 perc, gyakorisága naponta 9-10 darab. Protuberancia: A Nap felszíne feletti hurok vagy gejzír alakú plazmakidobódás, melynek mérete vetekedhet a napkorongéval. Az elektromosan töltött anyag a helyi mágneses teret jellemző erővonalak mentén mozog. Napfolt: A Nap fotoszférájának olyan része, ahol a mágneses tér sokkal erősebb, mint a környezetében. Mivel a napfoltban a hőmérséklet csak mintegy 4000 K, ezért mélyvörös, sötétebb a környezeténél. Átmérője általában 10–15 000 km (kb. a Föld mérete!), de a foltcsoportok hossza a 200 000 km-t is elérheti. Élettartalma néhány órától egy hónapig terjedhet. A napfoltok száma kb. 11 éves periódussal változik. Napszél: A Nap koronájából nagy (több száz km/s) sebességgel kilépő, elektromosan töltött részecskék áramlata, amely szinte csak elektronokból és protonokból áll. Sarki fény: A Föld mágneses északi és déli sarkánál a légkörbe behatoló töltött részecskék által keltett, rövid idejű fényjelenség. Oxigén- (sárgászöld szín) és nitrogénatomok (vörös és kék szín) elektronjainak gerjesztése révén keletkezik. Gyakorisága a Nap felületén lejátszódó folyamatokkal (naptevékenységgel), a napszél erősségével kapcsolatos.

Fúzió a Világegyetemben: a Nap energiája

Fordította Adorjánné Farkas Magdolna

Mark Tiele Westra szíves hozzájárulásával

Mark Tiele Westra, a németországi Garchingban lévő Európai Fúziófejlesztési Egyezmény (European Fusion Development Agreement, EFDA) munkatársa megmagyarázza, hogy a Föld számára a Nap az energia forrása.

Alig több mint száz évvel ezelőtt még senkinek sem volt fogalma arról, hogy a Nap milyen módon termeli meg azt a hatalmas energiamennyiséget, amelyet kisugároz az űrbe. Természetesen számos ötlet és elmélet született, és sok szellemes is volt közöttük. Némelyik tudós azt gondolta, hogy a Nap egy hatalmas gázfelhő, amely összeroppan a saját súlya alatt, és az eközben fellépő súrlódás és az ütközések hőt termelnek. Mások úgy gondolták, hogy a Nap még nem hűlt ki a keletkezése óta. Mindegyik elméletből azt a következtetést lehetett levonni, hogy a Nap kora nem lehet több néhány tízmillió évnél. Ezek szerint, ha a Nap ennél idősebb lenne, már kihűlt volna.

Ekkor jött azonban Darwin a kollégáival, akik tanulmányozták a sziklák képződését és pusztulását, valamint az élet igen lassú evolúcióját. A jelenségek konzekvens magyarázatára felállított elméletükben fel kellett tételezzék, hogy a Napnak sokkal idősebbnek kell lennie, legalább néhány száz millió évesnek, sőt akár milliárd évesnek. Megindult a vita.

A tudomány akkor került közelebb a megoldáshoz, amikor felfedezték a radioaktivitást és elfogadták azt a meglepő feltételezést, hogy a tömeg és az energia valamilyen módon egymásba alakítható, Einstein E=mc2 egyenletének megfelelően. Sir Arthur Eddington, a brit csillagász mérlegelte először az összes bizonyítékot és azt a merész következtetést vonta le, hogy a Nap a hatalmas energiát fúziós folyamatokban termeli, amelyek során a könnyebb atommagokból nehezebb atommagok jönnek létre. Időközben megtudtuk, hogy a Nap valójában hidrogént, a Világmindenség legkönnyebb elemét “égeti el” héliummá. Most már azt is tudjuk, hogyan – lásd az ábrát.

Energiatermelés a Napban: két hidrogén-atommag egyesül, miközben egy deutérium-mag, egy pozitron és egy neutrino keletkezik. A pozitron azonnal összeütközik egy elektronnal, megsemmisítik egymást, miközben energiává alakulnak át. A fúzió során keletkezett deutérium-mag egyesül egy másik hidrogén-atommaggal, miközben hélium-3 keletkezik. Az utolsó lépésben két hélium-3 atommag fúziója során egy hélium-4 atommag és két hidrogén-atommag keletkezik. Click on the image to enlarge it
Mark Tiele Westra szíves hozzájárulásával

Nagyon érdekesek a folyamat részletei. A Napban a hidrogén-atommag (proton) először átlagosan öt milliárd évig vár, mielőtt fejest ugrik a kapcsolatba, vagyis egyesül egy másik hidrogén-atommaggal, hogy deutérium képződjön belőlük. Ez végül is jó hír a számunkra: ha ez a folyamat gyorsabban menne végbe, a Nap üzemanyaga már régen elfogyott volna és mi nem lennénk itt. A következő lépés, amelyben hélium-3 keletkezik a deutériumból és a hidrogénből, átlagosan 1,4 másodperc után történik meg. Az utolsó lépés, a hélium keletkezése 240 000 évet vesz igénybe, szintén átlagban. A fúzió során felszabaduló energia fotonok vagyis fény formájában jelenik meg.

Miután túl vagyunk az első izgalmakon és létrejöttek azok a fényfotonok, amelyek egy napon eljuthatnak a Földre, még egy kicsit türelemmel kell lennünk. A foton fénysebességgel indul útjára a Nap belsejéből a Föld felé, azonban szinte azonnal beleütközik egy elektronba. Az ütközés következtében a foton véletlenszerűen visszapattan az elektronról, akár egy labda egy játékautomatában. Ez újra és újra megtörténik. Ezért azután több mint 20 000 évet vesz igénybe, míg egy átlagos foton megteszi a Nap belseje és a felszíne közötti 695 000 kilométeres utat. Ez azt jelenti, hogy a foton meglehetősen méltóságteljesen halad előre óránként 4 méteres sebességgel.

Ezután a hosszú és tekervényes út után a foton a Nap felszíne és a Föld közötti 149 millió kilométeres távolságot már a megszokott fénysebességgel teszi meg, és végül 8 perc alatt megérkezik az úticéljához. És ezek az fotonok a szerencsések, ugyanis vannak olyanok is, amelyek ötmilliárd évvel ezelőtt keletkeztek, de még nem sikerült kitalálniuk a Napból. A Nap belseje olyan, mint egy labirintus…

A fúziós folyamat során egy különleges részecske is képződik: a neutrino (lásd az ábrát). A neutrino alig lép kölcsönhatásba az anyaggal, ezért azonnal kiszabadul a Napból. Rengeteg neutrino keletkezik a Napban: minden egyes ujjad hegyén másodpercenként 100 milliárd repül keresztül. A legtöbb neutrino egyenesen keresztülrohan a Földön anélkül, hogy az bármilyen hatással lenne rá. Valójában egy neutrino egy fényév vastagságú ólomrétegen is megállás nélkül keresztülrepülhet!

Amikor a Nap belsejére gondolunk, azt egy vad tüzes kohóként képzeljük el, ami hőt bocsát ki. A sűrűsége 150-szerese a vízének (fél liternyi Nap-anyag súlya annyi, mint egy átlagos emberé), a hőmérséklete 15 000 000 oC , igazán rémisztő környezet. Azonban ha a Nap belsejéből ki tudnál venni egy köbméternyit, azt tapasztalnád, hogy az mindössze körülbelül 30 Watt teljesítményt biztosítana, amely alig elegendő egy villanykörte üzemeltetéséhez. A Nap hatalmas méretének köszönhetjük, hogy mégis elég meleg van a Földön.

Jelenleg a Napban másodpercenként 600 millió tonna hidrogén ég el, miközben 596 tonna hélium keletkezik. Hova tűnik el a hiányzó négy millió tonna anyag? Teljes egészében átalakul energiává. Az E=mc2 (E az energia, m a tömeg és c a fény-sebesség) egyenlet alapján azt kapjuk, hogy négy millió tonna anyag 100 000 000 000 000 000 000 kilowattóra energiának felel meg. Ez durván egymilliószorosa annak az energiamennyiségnek, amit az egész világ egy évalatt felhasznál. És a Nap minden másodpercben ennyi energiát sugároz ki! Hát ez a napenergia!

A Nap mostanáig a hidrogén-készletének a felét égette el. Öt milliárd éve tart ez a folyamat és még további öt milliárd évig fog tartani. És mi lesz azután? Vége lesz a bulinak. A Nap fel fog fúvódni, “vörös óriássá” válik, a hőség következtében a légkör, a víz és az élet el fog tűnni az otthonunkat jelentő bolygóról. Jó lesz, ha még ezelőtt elmenekülünk, addig azonban élvezzük a Nap energiáját.

A hélium felfedezése

A 17. században a természettudósok egy keskeny rés és egy

prizma segítségével a fényt összetevőire bontották és a

színképet tanulmányozták. Az izzó gázokkal végzett kísérletek

alapján vált ismerté, hogy az elemek melegítés hatására

különböző, pontosan meghatározott színű fényösszetevőket

sugároznak ki, amelyek a színképben fényes színes csíkok

formájában jelennek meg (gondoljunk egy neoncsőre).

A Nap színképében pontosan azokon a helyeken látunk sötét

vonalakat, ahol az izzó gázok által kibocsátott színképben

fényes vonalak jelennek meg. A szakemberek hamar rájöttek

arra, hogy a sötét vonalakat pontosan ugyanazok az elemek

okozzák, csak ebben az esetben ahelyett, hogy fényt

bocsátanának ki, elnyelik azt. Ezért a Nap színképének gondos

tanulmányozásával pontosan meg lehet állapítani a Nap elemi

összetételét.

A Nap színképében látható vonalak nagy részét már ismerték a

Földön előforduló elemek spektrumából. Volt azonban néhány

olyan vonal, amely meglepte a tudósokat. 1868-ban Norman

Lockyer, brit csillagász azt feltételezte, hogy a vonalakért egy

olyan, addig ismeretlen elem a felelős, amely a Napban fordul

elő. El is nevezte a feltételezett elemet “héliumnak”, a görög

napisten, Helios után. 25 év telt el addig, míg a Földön is

sikerül ezt a gázt elkülöníteni.

Források

A fúzióról, mint a jövő energiaforrásáról a:

Warrick C (2006) Fúzió – ütőkártya az energia-játszmában? Science in School 1: 52-55

Ismertetés

Egy olyan korszakban, amikor a nem-megújuló energiaforrások

kimerülőben vannak és kétségbeesetten kutatnak hatékony

megújuló energiaforrások után, sok ismeretterjesztő folyóirat

és újság foglalkozik a fúzióval. A diákok már fiatal korban

találkozhatnak ezzel a fogalommal, azonban nem mindig értik,

mit is jelent ez pontosan.

Mark Tiele Westra, a németországi Garchingban lévő European

Fusion Development Agreement (EFDA) munkatársa nagyon

érdekesen és tömören magyarázza el a Napban lejátszódó

fúziós folyamatokat. Bár a cikk elméleti síkon tárgyalja a témát,

és így főként a tanárok érdeklődésére számíthat, azonban a jól

áttekinthető illusztrációkat fel lehet használni a

természettudomány órákon a fúziós folyamatok

magyarázatához, a tanulók szintjéhez igazítva. A magasabb

évfolyamokba járó tanulók számára érdekes információkat

közöl

a hélium felfedezéséről.Elton Micallef, Málta

A fúziós energia valós helyzete

október 6th, 2009 | Fuhl Ádám

Az atomenergia egyik alternatívájának vallott fúziós energia valódi alkalmassága vizsgálatra szorul. Sok évnyi komolytalan támogatottsság után az idő sürget, hogy választ találjunk a fúziós energia alkalmazhatóságára.

Fúzió, Alapok

Az atomenergia – mind a fúzió, mind a hasadás – azt használja ki, hogy az atom tömege kisebb, mint az alkotórészeinek össztömege. A jelenség magyarázata az atomokat összekötő erőkben rejlő energiákban keresendő. Ahogy Albert Einstein híres törvényében a tömeg-energia-ekvivalencia elvben megfogalmazta: E = mc2, vagyis a kötésből felszabaduló energia arányos a tömeg hiányával. Ezt a tömeghiányt hívjuk tömegdefektusnak (1. ábra). Energiát nyerhetünk nehéz atommagok kettéhasításával (maghasadás), vagy két atommag egyesítésével (fúzió).

1. ábra Tömegdefektus: Az egyes elemek atomjainak tömege kifejezve az atomot alkotó protonok, neutronok és elektronok tömegének százalékaként.

A fúzióval az alapvető probléma, hogy az atommagot alkotó protonokat és neutronokat összekötő erős kölcsönhatás hatótávolsága rohamosan csökken a távolsággal, így hamar az elektrosztatikus taszítás veszi át az uralmat. Ahhoz, hogy két atommagot fúzionáljunk le kell győzni ezt a taszítást, hogy csak az erős kölcsönhatás legyen érvényben.

Az idők folyamán sok módszer és elmélet alakult ki a fúzió lehetséges felhasználásával kapcsolatban. A választott megoldás, melyre a technológia fejlesztését építik a hidrogén két iztopójának fózionálásán alapuló reaktorok. A folyamat során deutérium és trícium atommagokat melegítenek olyan magas hőmérsékletre (néhány százmillió fokra), hogy a hőmozgásból származó energia felülmúlja az elektrosztatikus taszítást. Ezen a hőmérsékleten az anyag szétbomlik atommagokra és elektronokra, vagyis plazma halmazállapotúvá válik. A hatalmas hőmérséklet miatt a plazma nem érhet a reaktor falaihoz. A leszakadó elektronok miatt elektromosan töltött lesz, így mágneses mezővel kordában tartható.

A reakció folyamán egy deutériumból és egy tríciumból egy hélium és egy neutron keletkezik:

2H + 3H -> 4He + n

A felszabaduló energia 20%-át a hélium ion kinetikus energiaként elviszi (3,5 Mev/ion). Mivel a hélium ionizált, ezért töltött, így kölcsönhat a mágneses térrel, tehát végül ütközik a plazmával miközben leadja kinetikus energiáját és így fűti a plazmát. Ha ez a folyamat, melyet begyújtásnak nevezünk sikeres ez lesz az egyetlen hőforrás a plazmában.

A maradék 80%-a a felszabaduló energiának a neutronok kinetikus energiájában található (14,1 Mev/neutron). Mivel a neutron nem töltött, így kijut a plazmából. Egy áramtermelő reaktorban a plazmát körülveszi egy köpeny. Ennek a köpenynek adják át a plazmát elhagyó neutronok a kinetikus energiájukat ütközés által, így melegítve azt. Ez a fő hőforrása a víz melegítésének, melynek segítségével turbinákat hajtanak meg.

A tengervízben tömérdek mennyiségű deutérium található, ahol a hidrogénnek mintegy 0,03%-át teszi ki. A kozmikus sugarak által generált trícium természetes formájában azonban elenyésző mennyiségben fordul elő. Felezési ideje 12,3 év, szóval egy időben maximum 3,6 kg-nyi természetesen előállított trícium található bolygónkon, az összes többi mind mesterségesen előállított eredetű. Egy kereskedelmi reaktorban a köpeny is termel tríciumot, ugyanis valamilyen formában lítiumot fog tartalmazni, ami reakcióba lép a plazmából érkező neutronokkal:

n + 6Li -> 3H + 4He

Ezt a lítiumot gyűjtik majd be, hogy táplálják a fúziót. A 6Li egy természetes izotóp és az összes természets lítium mintegy 5-7%-át teszi ki. A trícium szaporító reakció exoterm, így körülbelül 20%-al növeli meg a netto hőtermelést.

Első ránézésre úgy tűnik, mintha ezek a reakciók a következővé lennének összevonhatók:

2H + 6Li -> 2 4He

Azonban ez csak akkor lenne igaz, ha a fúzió során keletkező összes neutron reagálna a lítiummal, hogy tríciumot hozzon létre, és az összes így keletkezett tríciumot be tudnánk táplálni a fúzióba, hogy résztvegyen a neutron keltésben. A valóságban azonban több veszteség is előfordul, így ez a lánc nem teszi lehetővé, hogy elegendő tríciumot termeljünk a fúzió fenntartásához. Összesen 1,1-es trícium szaporító rátát várnak el ettől a folyamattól, ami azt jelenti, hogy minden 10 kg befektetett tríciumból 11 kg-ot nyerünk vissza a köpenyben.

2. ábra Az évek során elért mágneses elkülönítés fejlődése. A fúzió terméke a plazmasűrűség részecske/m3-ben, szorozva azzal az idővel (másodpercben), amit a plazma ilyen állapotban tud tölteni, szorozva az ion hőmérséklettel Kelvinben mérve. A begyulladáshoz szükséges 3*1028-os érték a JD Lawson által 1955-ben megfogalmazott Lawson kritérium. Az legjobb eredményt eddig a JET és a JT-60U projektek érték el, közel az energia-áttöréshez (Q=1), vagyis a befektetett energia majdnem megközelítette a kinyert energiát.

Mágneses elkülönítés

Ahogy korábban említettük a plazma elkülönítését mágneses mezővel tudjuk viszonylag egyszerűen megoldani, ezen belül is az oroszok által kifejlesztett torroid geometriájú tokamak rendszer a leghatékonyabb. A legnagyobb és legsikeresebb tokamak ezidáig az egyesült királyságbeli Culhamban található JET rendszer, megly 1997-ben érte el 16 MW-os teljesítménycsúcsot ért el.

3. ábra Jósolt és mért elkülönítés idők 13 különböző fúziós eszközre különböző körülmények között, valamint az ITER és a kereskedelmi reaktorok várt helyzete a meglévő megoldások felskálázása után.

A fúziós energia kritikusai ezeket az eredményeket kudercként értékelték, ugyanis egyik kísérlet során sem nyertünk ki több energiát, mint ami a befektetett volt. Igazság szerint egyiket sem azzal a céllal építették, hogy elérje az energia-áttörést, hanem hogy megértsék és tanulmányozzák a plazma viselkedését és tulajdonságait. Az elmúlt negyven évben négy nagyságrendel tudtuk a reakciós rátát növelni (3. ábra).

Habár még sokat kell dolgozni a plazma szabályozásán, mostanra elértünk egy olyan fázishoz, ahol már magabiztosan azt mondhatjuk, hogy a reaktor méretének felskálázásával több energiát fog termelni a fúzió, mint amennyit belefektetünk. Egy ilyen képességű reaktor tervei és a főbb alkotóelemeinek prototípusai már el is készültek. 2006 november 21-én a franciaországi Cadarache-ban sok évnyi késés után aláítrák egy egyezményt az ITER nevű reaktor megépítéséről (4. ábra). A projekt pénzügyi támogatói az EU, India, Japán, Oroszország, Dél Kórea és az USA.

4. ábra A JET és az ITER vázlata. A kép bal alsó sarkában álló ember adja meg a skálát.

Az ITER plazmáját három fő forrásból fogják táplálni: egy transzformátor, mely 15 millió ampert áramoltat a plazmába; semleges nagyenrgiájú trícium és deutérium nyalábokat a plazmába lőve; és rádiófrekvenciás energiával, amit a falakra erősített antennákkal küldenek a plazmába, hogy fenntartsák a rezonanciát. Az ITER mintegy 500 MW-os teljesítményre lesz képes, kevesebb mint a befektetett energia tizedéből és tartani ezt a teljesítményt 400 másodpercig (Q>10) (A Q érték jelenti a befektett és kinyert energia arányát. Vagyis, ha a befektetett energiát egy az egyben visszanyerjük, akkor Q=1. Ha a kinyert energia mondjuk tízszerese a befeketetettnek, akkor Q=10.). Valamint képes lesz 500 MW teljesítményt elérni egy órán keresztül a befektetett energia ötödéből (Q>5). Habár nincs célként kitűzve, de remélik, hogy a begyújtás nevű fázist elérik, ahol a reakció önellátó lesz, vagyis nem kell többé befektetni energiát, hogy a reakció folytatódjon (Q=végtelen).

Az ITER után

Egy jelentős akadály, amit át kell lépni az a reakciós kamra belesejében elhelyezkedő szaporító köpeny tervezése és kivitelezése. Ez a köpeny három célra kell: a fúziós energia hőenergiává alakítása; több trícium előállítása a folyamat táplálásához; és, hogy megvédje a kamra falát valamint a szupravezető tekercseket a neutrínó besugárzástól. Sok köpeny tervezet készült, de mindegyiknek megvan a maga hibája. Az ITER így az első években biztosan nem lesz felszerelve egy teljes trícium szaporító köpennyel. A kamra nagyrészét eleinte csak neutron befogó és hőelnyelő köpennyel burkolják be, hogy megakadályozzák a reaktort a túltöltődéstől. Hagynak azonban egy kis helyet, hogy különböző szaporító köpenyeket is le tudjanak tesztelni.

Az ITER utáni következő jelentős lépés a DEMO nevet viselő reaktor lesz, melyben a remények szerint már elektromos áramot fognak termelni. A DEMO már teljes trícium szaporító köpennyel fog rendelkezni. Ezeknek a köpenyeknek extrém körülményeket kell kibírniuk, ugyanis itt fog először kapcsolatba lépni a fúzionáló plazma a fallal. Az ITER köpenyeinek első falán lévő hőfluxus 0,1-0,3 MW/m2 lesz és várhatóan 0,5 MW/m2 a DEMO-ban. Az ITER esetében elfogadható, hogy a köpenyt jól tudják hűteni, azonban a kereskedelmi reaktorokban, ahol gőz áramoltatással kívánnak áramot termelni a köpenyek a lehető legnagyobb hőmérsékleten fognak üzemelni, mintegy 500-800 ˚C-on.

Elméletileg nem keletkezik a folyamat során radioaktív hulladék, hiszen a tríciumot újrahaszonsítják. A mellékhatások miatt a valóságban azonban mégis keletkezik hulladék, mint például a neutrínó bombázás, vagy a trícium beépülése a reaktor szerkezetébe. Ez hatni fog a szerkezet részeinek cseréjére, valamint a reaktor üzemen kívül helyezésére. Nehéz előre megbecsülni a várható szennyeződés mértékét, azonban úgy számolják, hogy két nagyságrendel kevesebb radioaktív hulladék keletkezik így, mint a hasadásos reaktorokban, és az is rövid életű lesz. Vagyis 100 év elteltével kevesebb szennyező sugárzása lesz a hulladéknak, mint egy azonos méretű szénerőmű hulladékának (5. ábra). Ahhoz, hogy ezt elérjük az szükséges, hogy a trícium újrahaszonsítása a lehető legveszteségmentesebb legyen.

5. ábra A sugárzszennyezés csökkenése az időben.

Az anyagok tesztelése és fejlesztése, melyeknek el kell viselni ezeket a nem mindennapi körülményeket létfontosságú a fúziós energia terjedésének szempontjából. Mivel az ITER legalább 10 évig nem fog plazmát termelni (és utána közel sem fog akkora neutron fluxust termelni, mint a DEMO) úgy döntöttek, hogy építenek egy kisebb létesítményt, ami szimulálja a DEMO-ban uralkodó körülményeket. A létesítmény neve International Fusion Materials Irradiation Facility (IFMIF).

Az alábbi táblázatban találhatók a már megoldott, vagy megoldásra váró problémák:

Cikk	Meglévő reaktorok	ITER	IFMIF	DEMO Fázis 1	DEMO Fázis 2	DEMO Fázis 3
A plazma szétesés elkerülése	2	3		C	R	R
Állandó működés	1	3		3	r	r
A terelő teljesítménye	2	3		R	R	R
Plazma égetés Q>10-el		3		R	R	R
Az erőmű plazma teljesítménye	1	3		C	R	R
Trícium önellátás		1		3	R	R
Anyagok jellemzése			3	R	R	R
A plazma felé néző felület élettartama	1	2		2	3	R
A fal/köpeny/terelő élettartama		1	2	2	3	R
A fal/köpeny kompo-nenseinek élettartama		1	1	1	3	R
Semleges nyaláb/rádió frekvenciás fűtés teljesítménye	1	3		R	R	R
Elektromos áram termelés nagyléptékben				1	3	R
Szupravezető gép	2	3		R	R	R
Trícium kérdés	1	3		R	R	R
Távoli irányítás	2	3		R	R	R

Jelmagyarázat:

1	Segít megoldani a kérdést
2	Talán megoldja a kérdést
3	Meg kéne oldania a kérdést
C	A megoldás megerősístése szükséges
r	A megoldás várt
R	Megoldás szükséges

Időtábla

A különböző jövőbeli reaktorok időtáblája a 6. ábrán látható. A tervezet azt feltételezi, hogy a hátráltató tényezők kizárólag technikai eredetűek. Sok kikötés mellett ugyan, de az első kereskedelmi reaktor indulásának időpontjára 2048-at jósol. Ha ezt a szigorú menetrendet tartani tudják az még nem jelenti, a fúziós energia széleskörű elterjedését. Van egy limit a fúziós erőművek növekedési rátájához, amit a trícium készletek határoznak meg.

6. ábra A fúziós erőművek fejlesztésének időtáblája.

Trícium ellátás

A fúziós energia nagyléptékű felhasználása következtében a trícium felhasználás soha nem látott méreteket fog ölteni. Nagyjából 220 kg tríciumra van szükség 1 GW folyamatos elektromosság termeléshez. Ez az érték úgy adódik, hogy 4 GW hőenergia 2 GW elektromos enegiát termel, amiből 1 GW el lesz használva a folyamat táplálására, ami 1 GW kimenő teljesítményt jelent. A jelenlegi termelés a világon, átlagosan 1700 GW körüli.

Nagyjából az összes nem katonai trícium a CANDU reaktorokban moderáláshoz használt nehézvízből ered. Ezek közül a reaktorok közül néhányat bezárnak a közeljövőben. A több mint 40 évnyi üzemelés után felhalmozott trícium készlet 2027-ben fog tetőzni, 27 kg-al (7. ábra).

7. ábra A világ kereskedelmileg elérhető trícium készlete, mielőtt még a fúzióhoz felhasználnánk.

A katonai reaktorok, melyek trícium előállítására vannak tervezve csupán évi néhány kg-ot termelnek, mintegy 200 millió dollár/kg-os áron. Az egyesült államokbeli Savannah River-ben korábban üzemelő trícium termelő reaktor a becslések szerint 220 kg-nyi tríciumot termelt a reaktor 1988-as bezárásáig. 1995-ben ez a mennyiség már csak 73 kg volt, ami mostanra 37-re fogyott. Valószínűtlen, hogy az USA bármennyit is hozzáférhetővé tesz civil célokra. Más civli reakotrok is termelhetnek tríciumot, hogyha lítiumot helyeznek a reaktorba, azonban legalább 60 kg uránra lehet szükség 1 kg trícium előállításához.

Mivel az ITER csak kis mennyisígű tríciumot fog előállítani (legalábbis az első években), mivel csak kis része lesz a karmának beborítva a trícium termelő köpennyel. Így az ITER egymaga fel fogja emészteni a világ trícium készletét. Ha a DEMO az ITER-el egyszerre lesz üzemben a trícium készlet válik a legfontosabb és legkritikusabb kérdéssé, tehát minnél hamarabb üzembe kell helyezni a teljes köpenyt és a trícium visszanyerő rendszert.

Ha a fúziós reaktorok elszaporodnak, akkor valószínüleg az indulás környékén, minden egyes reaktor az előzőleg megtermelt kis mennyiségű tríciumra fog támaszkodni. Egyes számítások szerint legalább 2-3 év szükséges, hogy egy reaktor beindulása után annyi tríciumot termeljen, hogy egy következő reaktort el tudjunk indítani. Ha csak technikai akadálya lenne a fúzió terjedésének, akkor 2100-ra tudnánk Európa elektromosság igényének 30%-át fúzióval fedezni.

Az energia rés

Még a legoptimistábbak is előre láthatják, hogy a hagyományos olajkitermelés jelentősen csökkenni fog, mire a fúziós erőművek legideálisabb esetben is üzembe állhatnak. Ha el akarunk jutni 2100-ig jelentősebb gazdasági összeomlás, vagy ilyen nagy mennyiségű kőszén, kátrány és olaj felhasználása nélkül az szükséges, hogy nagyobb skálán kezdjünk el alkalmazni alternatív energiaforrásokat, valamint a folyékony szénhidrogének szállításipari használatatá is minimalizálnunk kell. A fúzió így egy teljesen más környezetben száll versenybe.

Az árbecslések ebben a fázisban természetesen bizonytalanok, de a legtöbb becslés a mai árakkal és mai fosszilis tüzelőanyagokkal termelt energiaárakkal veti össze a fúziót. Egyes becslések szerint 14 €/W a DEMO esetén, ami később 4 €/W-ra csökken a kereskedelmi erőművekben.

Ezeket az árakat hasonlíthatjuk össze a mai atomenergiával (3 €/W) és kőszénre alapuló áramtermeléssel (1,5 €/W). A szélenergia költsége 1,5 €/W, de nem annyira valószínű 30% feletti részesedés az össz energiatermelésből, míg a fúzió 85%-ra becsülhető a jövőben. Ha a szélenergiát 30%-nál nagyobb arányban próbálnánk felhasználni hatalmas mennyiségű akkumulátorra lenne szükség és a szállítási költségek a turbinák számával növekednének.

A fúzió széndioxid kibocsátását nehéz megjósolni ennyire előre, de valószínüleg a reaktor építése, valamint a kisegítő épületek és a cserealkatrészek gyártása teszi ki a nagyját. A fúziós reaktorok természetüknél fogva védve vannak a nukleáris katasztrófáktól. Egyszerűen nincs annyi üzemanyag bennük egyidőben, hogy robbanás következzen be. Bármilyen hiba a reakció ezredmásodpecek alatti végét jelentené. Még a legrosszabb esetben - ha az összes trícium kikerülne - sem kéne senkit evakuálni az erőmű határain túl.

Összefoglalás

Láthatjuk, hogy a fúziós energiának az elkövetkező években nehéz technikai kihívásokkal kell szembenéznie, hogy valós alternatívát nyújtson. Ha csak fejlesztési akadályok lennének és feltéve, hogy azokat mind meg tudjuk oldani, akkor is legalább 50 évnyire vagyunk a kereskedelmi reaktorok első próbaüzemeitől. További nehézséget okoz a trícium készletek hiánya. Ideális esetben sikeresen kifejlesztik a technológiát a trícium szaporítására, és a kísérletek során a hiányt pótolni is tudják.

A valós problémát azonban az jelenti, hogy az egész időtábla az az ideális esetet feltételezi, hogy csak technikai nehézségekkel küzdünk meg. A pénzügyi támogatások valószínüleg lasabb fejlődést tesznek lehetővé a jövőben. Azonban még így is olyan távol van a működőképes kereskedelmi reaktor üzembe állítása, hogy addigra a fosszilis energiahordozókban jelentős hiány fog mutatkozni, és ha a társadalmi struktúránk (ezzel együtt a pénzügyi rendszerünk) nem is fog alapvető változásokon átesni, akkor is az energiaellátási rendszerünk alternatív megoldásokat fog alkalmazni. Pénzügyileg nem lesz versenyképes a fúzió az akkor már meglévő, de most még csak alternatív energiatermelési megoldásokkal szemben.

Esetleg ha az “elégetünk mindent” forgatókönyv következne be és nem történne meg az alternatívákra való átállás, akkor olyan jelentős klíma katasztrófának nézünk elébe, hogy a környezeti változás szükségszerűen gazdasági összeomláshoz vezet, ami miatt nem lesz egy szervezett háttere a fejlesztéseknek, így ismét csak valószínűtlen, hogy a technológia alternatívát tudna nyújtani.

Ha nem törekszünk a technológia minnél hamarabbi kifejelsztésére (egy tíz-húsz éves skálán), akkor egyszerűen túl késő lesz, mire valós helyzetben bizonyítani tudná a létjogosultságát. Érdekes ötlet volt ezt kutatni, de elvesztettük az időablakot a fejelsztésre és telepítésre.

Forrás: http://www.theoildrum.com/node/2164

Nézzük meg a porfúziós eredményeket, melyek egy garázsban 0 Ft támogatással születtek, és nem érdeke egy lobbinak sem , hogy olcsóbb energia előállítás, és tisztább voltával előnyösebb lenne a fogyasztónak.

A másik előnye a rendszernek, háztartásonként lehetne energiát kinyerni, úgy mint hő energia fűtésre, hő energia átalakítása villamosenergiává, és az atommag átalakítással különböző anyagok kinyerése a meddőhányókból .

Kiderült, hogy nem csak a könnyű elemeket lehet egyesíteni , és energiát termelni, de a nehéz elemeket is lehet hasítani és így energiát termelni, az új eljárással a közönséges elemeket is át lehet alakítani és energiátnyerhetünk, mint régen az alkimisták.

A cion likud barát kormányunk, nézzük meg mire költi a pénzt. A fejlesztésre szánt összeget szegeden egy lézer projektre pocsékolja el, melyből soha nem lesz használható találmány mely előre vinné a haladást. Egy párhuzamos projekt, mely a Cseheknél, a Románoknál is fut, de a Kelet -európai fejlesztési pénzeket felszippantja és bizony az értelmes találmányok megvalósítására egy kanyi sem jut. Az olaj atomlobbi, a konkurenciát a padlóra küldi , és labdába sem ruhat, a drága jó kettős állampolgárságú minisztereinknek , milyen jól védik a magyar érdekeket. Ugye szemétládák, ezt nem ti eszeltétek ki, hisz ahhoz hülyék vagytok, de súgott néktek a jó öreg vakoló banda, Trianon után nem tudom miért nem tiltják be ezt a rühes bandát, az ország 2/3- át már eladták, e vitézek, a megmaradt részből most csinálnak kamatrabszolga tábort. A cél , csak annyi magyart hagyni akik a zsidó után kihordja az ágytálat.

Na piszkos zsideszesek tülekedjetek, még életben maradhattok a kárunkra, de meg kell mondanom nektek, hogy a végén azért ti is kutyakaján fogtok élni, mint ahogy a sok nyugdíjas tengeti az életét. Felnevelt benneteket, végig robotolta az életét szarért hugyért dolgoztattátok, a végén a lakásából kilakoltatjátok a zsidó bankár uzsora kölcsöne miatt, és még nem jöttek rá, hogy az uzsorásoknak,--/ bankár, végrehajtó, zsidó ügyeskedő ki a betelepülőkön akar majd meggazdagodni /-- ki kell közösíteni. SE VÉRT, SE SZERVET , SE SEGÍTSÉGET , nem kell adni nekik a családjuknak sem , mert ott volt a ÁVH -s csürhe és a gyerekeik bent ülnek a hatalomban, Tőlük már régen meg kellet volna szabadulni, és meg is tudtunk volna , ha betegségükben nem kaptak volna sem vér sem szervet sem segítséget, így elhagyták volna önként a hazánkat, és nem dolgoztunk volna rájuk. Nem veszitek észre ők nap mint nap ölnek bennünket, hol balesetnek álcázva, hol nyíltan a kórházakban, vagy nem kapsz gyógyszert, vagy kálium túladagolással átkerülsz a másvilágra és még ki sem lehet mutatni ,hogy átsegítettek.

Olyan barmok vagyunk, hogy mindent beszopunk, a zsidesz nem alkotta meg a földtörvényt, miért? A simicska hada már , hogy lecsaphasson a földre Ángyán prof sokat tudna mesélni. Orbán megvédjük a magyar földet , csakhogy a zsidesz zsidói már kitárták a karjaikat e földek után, és a víz készletünk is hasonló helyzetbe lett benavigálva , a külhoni zsidók elöl a belső zsideszes zsidóság kaparintja meg az apáink nagyapáink jussát, mi meg mehetünk koldulni, vagy legyilkolni kik elrabolták vagyonainkat. Az ÁVH -s korszakban, minden olyan embert ki szabadon tudott gondolkodni a húsdarálóba küldték , hogy még véletlenül se tudjon ez a nép nemzetté válni, a zsidó ÁVH- sok ezt elintézték, akinek megtetszett a lakása azt is ledarálták, mert a jó ÁVH – s zsidó így jutott lakáshoz , akár egy másik zsidótól is cafcarázhatta, mint gyurcsányék putri foglalása.

Egely György - Magfúzió a Garázsban (Fusion in the Garage) [EngSub]

http://www.youtube.com/watch?v=AkIE0ixu8Z8&feature=related

magfúzió a garázsban

http://www.youtube.com/watch?v=1SI13PepzC8&feature=related

Dr Egely György - Papp József találmányai (szabályozott fúzió) 1/2

http://www.youtube.com/watch?v=S6N4Im8uR14&feature=related

Dr Egely György - Papp József találmányai (szabályozott fúzió) 2/2

http://www.youtube.com/watch?v=IUOPAYrcvQ8&feature=relmfu

Magfúzió

A Wikipédiából, a szabad enciklopédiából

Ez a szócikk a magfúzióról szól. Hasonló címmel lásd még: Fúzió (egyértelműsítő lap).

Az egy nukleonra jutó kötési energia. Kis tömegszámú atommagok fúziója során az egy nukleonra jutó kötési energia növekszik, ezáltal energia szabadul fel

A deutérium-trícium (D-T) reakció a legtöbbet ígérő energiatermelés szempontjából

A magfúzió olyan magreakció, ami során két kisebbatommag egyesül egy nagyobbat eredményezve. Ez a folyamat lehet exoterm vagy endoterm, a kiinduló magokatomtömegétől függően. Az elemek közül a vas és anikkel a legstabilabbak (ők rendelkeznek a legnagyobb fajlagos kötési energiával). Ha a fúzióban résztvevő elemek könnyebbek a vasnál, akkor a folyamat energiafölszabadulással jár, ellenkező esetben energiát kell befektetni.

Ez a folyamat játszódik le a csillagokban és ahidrogénbomba robbanásakor. A vasnál nehezebb elemek fúziója (endoterm voltukból kifolyólag) szélsőséges feltételeket követel, mint például a szupernóva robbanás. A természetben található elemek mind csillagokban és szupernóva robbanás közben jöttek létre.

Tartalomjegyzék

[elrejtés]

Felfedezése [szerkesztés]

A tudósok sokáig azt feltételezték, hogy a Nap közönséges égésből nyeri az energiáját, és az ebből eredő fényt és hőt sugározza szét. A 19. századbannéhány tudós (köztük Lord Kelvin) vitatták ezt. Kelvin számításai szerint gravitációsösszehúzódásból is eredhetne a kisugárzott energia, azonban ez a folyamat néhány millió év alatt véget is érne.

Einstein 1905-ös híres képlete, az E = mc² szerint azonban az anyag kicsiny mennyisége is óriási energiává alakítható át.

1919-ben egy amerikai csillagász, Henry Russell matematikailag leírta azt a fizikai folyamatot, melynek során a Naphidrogénatomjai egyesülnek, ennek során hélium atommagok és óriási energia keletkezik. A folyamat neve magfúzió. Az elméletet1920-ban Francis Aston csillagász mérései erősítették meg.

1939-ben Hans Bethe német fizikus részletes matematikai levezetéssel leírta, hogyan lehetne a folyamatot a Földön is végrehajtani, és fúziós reaktort létrehozni. Ehhez Bethe számításai szerint a hidrogénatomok hőmérsékletét 100 millió°C fölé kell emelni, és olyan kis térrészbe összenyomni, hogy a hidrogénatomok összeütközzenek és hélium jöjjön létre. A kivitelezés korlátja az, hogy nem létezik olyan anyag, ami ezt a magas hőmérsékletet kibírná.

1948-ban Dr. Lyman Spitzer létrehozta a Princeton egyetemen a Plazmafizikai Laboratóriumot.

Hamar rájött, hogy a fúziós reakciót mágneses térrel tudja kordában tartani. Egy toroid-alakú csövet elektromos tekercsekkel vett körül, amik mágneses teret hoztak létre, így a hidrogéngáz nem érintkezett a cső falával. Közben lézerrel adtak át energiát a hidrogénnek, aminek a hőmérséklete több millió fokra emelkedett. Az elrendezéssel az volt a probléma, hogy a csövet körülvevő mágneses tekercsek a cső belső falánál sűrűbben voltak elhelyezve, mint a cső külső oldalán. Ez ahhoz vezetett, hogy a belső oldalon erősebb mágneses tér alakult ki, emiatt a hidrogénatomok a cső külső oldala felé vándoroltak, majd közel fénysebességgeltávoztak a berendezésből.

Erre a problémára Spitzer felfedezett egy zseniális megoldást. A csövet középen mintegy „megtekerve” 8-asra emlékeztető alakzatot hozott létre. A csőben keringő hidrogén így az idő egy részében a cső belső fala mentén, az idő további részében a külső fal mentén halad, így nem alakulnak ki eltérések a mágneses térben, a hidrogént egyenletesebb tér vette közül.

1951-re Spitzer befejezte az első hidrogénplazma-fúziós reaktor munkálatait, amit stellarator-nak nevezett el (stella = csillag, latinul). Első alkalommal csupán a másodperc törtrészéig működtette a berendezést, mert nem volt biztos benne, hogy nem fog-ehidrogénbombaként felrobbanni.

Egy dicsőséges fél másodpercre a hidrogéngáz szupernovaként ragyogott fel, és hőmérséklete elérte a 40 millió°C-t. A 60 cm átmérőjű berendezés mindössze 2 másodpercig működött, majd a folyamat leállt, a plazma kihűlt.

A kísérlet legfontosabb eredménye az, hogy megmutatta, a fúziós reakciót a Földön is elő lehet állítani.[1]

Leírása [szerkesztés]

Az atommagot az erős kölcsönhatás tartja össze, ami nukleonok között hat, nagyon rövid távolságon (10⁻¹⁵ m). Az atommagok nagyobb távolságokon viszont taszítják egymást, mert töltésük pozitív. Így kialakul egy potenciálgát, ami a D-T (deutérium-trícium) esetében 0,1 MeV. Hogy a fúzió megtörténjen, az atommagoknak le kell győzniük a potenciálgátat. Ezt megtehetik a plazmában, amit termonukleáris fúziónak neveznek, és a későbbiekben is erről lesz szó.

Ha átszámoljuk a 0,1 MeV-ot hőmérsékletre, akkor 10⁹ kelvint kapunk, ami nagyon magas hőmérséklet (főleg, ha tudjuk, hogy egyik fém se nagyon bírja a 3000 kelvinnél magasabb hőmérsékletet). Ezen segít két effektus:

a Maxwell-féle sebességeloszlás szerint a sokkal alacsonyabb hőmérsékletű plazmában is vannak nagy megfelelő energiájú atomok (csak kevés)
az alagúteffektus megengedi, hogy a kisebb energiájú atommagok is átjussanak a potenciálgáton

Ez a két effektus sem csökkenti a kívánt hőmérsékletet emberibb értékekre. Ezért a plazmát össze kell nyomni, hogy a hőmérséklete megnőjön. Ezt három módon lehet elérni:

gravitációs – amikor a gáz a saját súlya alatt nyomódik össze. Ehhez azonban nagy mennyiségű gáz kell, így ez csak acsillagokban jelentkezik
mágneses – a plazmában szabad pozitív és negatív ionok találhatók, tehát hatnak rá a mágneses erők. Ezt használják ki atokamak és a sztellarátor berendezések
inerciális – ha hirtelen sok energiát közlünk a gázzal (például lézer segítségével), akkor a gáznak nem lesz ideje kitágulni, így a hőmérséklete fog emelkedni a kívánt érték fölé.

Ahhoz, hogy egy fúziós reakció energiatermelés szempontjából érdekes legyen, a következő feltételeket kell teljesítenie:

legyen exoterm
kicsi legyen a protonok száma (kevésbé taszítják egymást az atommagok) – tehát a legkönnyebb elemek között kell keresni
két kiindulási anyag legyen
két reakciótermék legyen (az energia- és impulzusmegmaradás miatt)

Ezek alapján a lehetséges reakciókat a következő táblázat foglalja össze:

(1)

→

⁴He

(3,5 MeV)

(14,1 MeV)

(2)

→

(1,01 MeV)

(3,02 MeV)

50%

(3)

→

³He

(0,82 MeV)

(2,45 MeV)

50%

(4)

³He

→

⁴He

(3,6 MeV)

(14,7 MeV)

(5)

→

⁴He

+ 11,3 MeV

(6)

³He

→

⁴He

+ 12,9 MeV

(7)

³He

→

⁴He

+ 12,1 MeV

51%

(8)

→

⁴He

(4,8 MeV)

(9,5 MeV)

43%

(9)

→

⁴He

(0,5 MeV)

(1,9 MeV)

(11.9 MeV)

(10)

⁶Li

→

⁴He

+ 22,4 MeV

(11)

⁶Li

→

⁴He

(1,7 MeV)

³He

(2,3 MeV)

(12)

³He

⁶Li

→

⁴He

+ 16,9 MeV

(13)

¹¹B

→

⁴He

+ 8,7 MeV

A p a közönséges hidrogént, a D a deutériumot, a T pedig a tríciumot jelöli.

Mint láthatod a könnyű elemek a vasig fúzionálhatnak, egyesülhetnek, a nehéz elemek a vasig hasadhatnak. A porfúzióval ezt a lehetőséget tágította Egely György és csapata

a garázsban.

Halott csillagok és az arany

A csillagok szerepe nélkülözhetetelen volt a földi élet kialakulásában. A földön megtalálható, vagy másképpen fogalmazva a földet felépítő 92 elem a csillagok fejlődése és halála során az elemek fúziója során jött létre.

Az elemek fúziója a vasig bezárólag energia felszabadulással jár. A vasnál nehezebb elemeknél - ahogy az aranynál is - energia befektetés szükséges fúziós elem készítéshez. A csillag, ahogy a napunk is a hidrogént héliummá alakítja ennek során nyeri az energiát. Amint a rendelkezésre álló hidrogén csökken a csillag a további elemek fúziójából nyeri a működéséhez nélkülözhetetlen energiát. A csillag belsejében ilyenkor egyre nehezebb elemek épülnek fel a vasig bezárólag. Ekkor jön létre az élethez nélkülözhetetlen szén és oxigén is. Ezt követően a csillag kifogy az üzemanyagból és gyorsan összeroskad. A vas magban a nyomás és a hőmérséklet is növekszik, ami hatalmas energiájú lökéshullámot produkál a magtól kifelé. Az energia hatására a vasnál nehezebb elemek, így az arany fúziója is megtörténik. Ez azonban a csillag végét is jelenti, mert a kifelé ható nyomás katasztrofális robbanást eredményez. Ilyenkor rövid idő alatt annyi energia szabadul fel, hogy a kimúló csillag napokon át fényesebb lehet az őt tartalmazó galaxis összes fényénél.
Az arany, mint ahogy mi emberek is a csillagok porából vagyunk. Az arany azonban hatalmas energia ráfordítással tudott csak létre jönni, tehát energiát raktároz magában. Mivel a csillag a nehezebb elemek fúzióját egyre kevesebb és kevesebb idő alatt hajtja végre, így a vasnál nehezebb elemek fúziója a robbanás előtti utolsó pillanatban történik. Ez magyarázza azt, hogy az arany igen ritka az univerzumban és a Földünkön is. Az arany tehát ritka, értékes és energiát tárol. Ezek a tulajdonságai, amik miatt előszeretettel viseljük magunkon ékszerként is.

visz a víz sodor

2015. szeptember 5., szombat

Nap

Fúzió a Világegyetemben: a Nap energiája

A fúziós energia valós helyzete

Cikk

Meglévő reaktorok

ITER

IFMIF

DEMO Fázis 1

DEMO Fázis 2

DEMO Fázis 3