Jít na vyhledávání

Fyzikální poradna

Máš nějaký dotaz?

Pokud se chceš na něco zeptat, napiš nám e-mail s předmětem „Fyzikální poradna“ na adresu:

poradna@svetenergie.cz / nebo využij kontaktní formulář
08. 03. 2021
Autor

Odpovídá: Jaroslav Koreš

Ilustrační fotografie (Zdroj: ©  Ser / stock.adobe.com)

Tunelový jev při termojaderné fúzi

Dobrý den. Dnes při oslavách zimního slunovratu jsem, jako správný pohan, chtěl poděkovat bohu Sol za kvantové tunelování umožňující fúzi ve Slunci a uvědomil si že proces kvantového tunelování moc nechápu. Respektive vím že moje laická představa je naprosto chybná, ale nevím čím ji nahradit. Má představa je, že teplota, respektive rychlost jednotlivých částit není vlivem náhodných srážek homogení, ale že jedna částice letí rychleji a druhá pomaleji. A my jsme schopni naměřit jen jejich průměrnou rychlost. A i když průměrná rychlost nedostačuje k překonání elektromagnetické síly a k fúzi by nemělo docházet, tak se najde pár částic, které letí o něco rychleji a oni tu dostatečnou rychlost mají a sloučí se.
Vím že takovéto zjednodušení je na úrovni základní školy a rád bych tento jev pochopil lépe. Děkuji, Jiří

Ahoj Jiří,

asi jsem pohanský pohan, protože jsem svátek slunovratu vůbec neslavil, doufám, že mi tato odpověď na tvou otázku alespoň trochu pomůže u pohanských bohů.

Z hlediska klasické fyziky je tvá představa správná, ale ani případné rozdíly v rychlosti protonů v sluneční plazmě nestačí k tomu, aby protony překonaly elektrostatickou sílu, která je při přibližování odpuzuje. Což je samozřejmě problém, který musela vyřešit až kvantová fyzika. Už v jedné z předchozích odpovědí jsem se tomu v rámci mých znalostí věnoval (nejsem kvantový fyzik, takže spíše popularizačně, možná jak píšeš na úrovni základní školy).

Energie, kterou musí mít částice k tomu, aby se dostaly dostatečně blízko k sobě a mohla na ně začít působit jaderná síla, která je v kratší vzdálenosti větší než elektromagnetická síla, je mnohem větší, než kinetická energie, kterou částice mají. Jenže v kvantové fyzice je možné, aby si částice potřebnou energii „půjčily“. Což je divné, ale divnější je to, že si ji půjčí z „ničeho“. Tuto půjčenou energii musejí vždy vrátit, čím více energie si půjčí, tím rychleji ji musejí vrátit. Úměrou mezi časem půjčení a množstvím půjčené energie je Planckova konstanta (velmi malé číslo). Právě proto, že Planckova konstanta je velmi malé číslo nepozorujeme tento děj v našem „velkém“ světě, ale setkáme se s ním ve světě částic. Odborný název tohoto děje je tunelový jev, název naznačuje, že částice se protuneluje (potenciální) bariérou.

Kdybych to měl připodobnit k našemu světu, tak můžeme mít 10 m vysokou budovu a budeme ji chtít přehodit kamenem. Můžeme se o to pokusit libovolněkrát, ale nepovede se nám to (alespoň mně určitě ne). Kvůli velikosti Planckovy konstanty si nemůžeme půjčit tolik, aby kámen budovu přeletěl. To samé dělají protony ve Slunci, přiblíží se k sobě a vlivem odpudivých sil se zase odrazí. Jenže některý z nich si v pravý okamžik půjčí energii a najednou se dostane přes odpudivé síly k druhému protonu, energii vrátí a tyto protony vytvoří jádro helia. Říkáme, že se proton protuneloval k druhému protonu. V našem případě by se kámen po vyhození „objevil“ na druhé straně budovy.

Protože částic je ve sluneční plazmě velmi velmi velmi mnoho, tento děj stále probíhá. Aby bylo množství energie, které je potřeba vypůjčit, co nejmenší, je zapotřebí vysoká teplota (tudíž vysoká rychlost částic) a vysoký tlak (částice jsou blízko u sebe). Pokud se nám to podaří technicky zrealizovat na zemi, můžeme mít malé Slunce i u nás (využití pří výrobě energie jadernou fúzí).

Doufám, že tento popis alespoň částečně odkryl taje fúze na slunci a mě pomohl získat přízeň bohů.

Vrátit se nahoru
detail