Reakcja termojądrowa
Fuzja jądrowa jest procesem wytwarzania jednego ciężkiego jądra (części atomu) z dwóch lżejszych jąder. Proces ten nazywany jest reakcją jądrową. Uwalnia ona dużą ilość energii.
Jądro powstałe w wyniku fuzji jest cięższe od któregokolwiek z jąder początkowych. Nie jest jednak tak ciężkie, jak połączenie pierwotnej masy jąder wyjściowych (atomów). Ta utracona masa jest zamieniana na dużą ilość energii. Jest to pokazane w słynnym równaniu Einsteina E=mc2.
Fuzja odbywa się w środku gwiazd, jak Słońce. Atomy wodoru łączą się ze sobą, tworząc hel. To uwalnia mnóstwo energii. Ta energia zasila ciepło i światło gwiazdy. Nie wszystkie elementy mogą być połączone. Cięższe pierwiastki są trudniejsze do połączenia niż te lżejsze. Żelazo (metal) nie może łączyć się z innymi atomami. To właśnie powoduje, że gwiazdy umierają. Gwiazdy łączą wszystkie swoje atomy razem, tworząc cięższe atomy różnych typów, aż zaczną wytwarzać żelazo. Jądro żelaza nie może łączyć się z innymi atomami. Reakcje się zatrzymują. Gwiazda w końcu ochłodzi się i umrze.
Na Ziemi bardzo trudno jest rozpocząć reakcje syntezy jądrowej, które uwalniają więcej energii niż jest potrzebne do rozpoczęcia reakcji. Powodem jest to, że reakcje syntezy jądrowej zachodzą tylko w wysokiej temperaturze i ciśnieniu, tak jak na Słońcu, ponieważ oba jądra mają dodatni ładunek, a dodatni odpycha dodatni. Jedynym sposobem na zatrzymanie odpychania jest spowodowanie, aby jądra uderzały w siebie z bardzo dużą prędkością. Robią to tylko przy wysokim ciśnieniu i temperaturze. Jedynym udanym podejściem do tej pory była broń jądrowa. Bomba wodorowa wykorzystuje bombę atomową (rozszczepiającą) do rozpoczęcia reakcji syntezy jądrowej. Naukowcy i inżynierowie od dziesięcioleci starają się znaleźć bezpieczny i skuteczny sposób kontrolowania i powstrzymywania reakcji syntezy jądrowej w celu wytworzenia energii elektrycznej. Przed wykorzystaniem energii termojądrowej jako czystego źródła energii muszą oni jeszcze sprostać wielu wyzwaniom.
Słońce wytwarza swoją energię poprzez syntezę jądrową jąder wodoru w hel. W swoim jądrze Słońce topi 620 milionów ton wodoru w każdej sekundzie.
Reakcja syntezy wodoru deuteru i trytu (D-T) jest wykorzystywana do uwolnienia energii syntezy.
Wersja układu okresowego wskazująca pochodzenie - w tym gwiazdową nukleosyntezę - elementów. Elementy powyżej 94 są wytwarzane przez człowieka i nie są uwzględniane.
Pytania i odpowiedzi
P: Co to jest fuzja jądrowa?
A: Fuzja jądrowa to proces tworzenia jednego ciężkiego jądra (części atomu) z dwóch lżejszych jąder. Proces ten nazywany jest reakcją jądrową i uwalnia dużą ilość energii.
P: Jak przebiega ten proces?
O: Jądro powstałe w wyniku fuzji jest cięższe od każdego z jąder wyjściowych, ale nie tak ciężkie, jak połączenie ich pierwotnej masy. Ta utracona masa jest zamieniana na dużą ilość energii, co widać w słynnym równaniu Einsteina E=mc2.
P: Gdzie zachodzi ten proces?
O: Fuzja jądrowa zachodzi w środku gwiazd, takich jak nasze Słońce, gdzie atomy wodoru łączą się ze sobą, tworząc hel i uwalniając mnóstwo energii, która zasila ich ciepło i światło.
P: Czy wszystkie pierwiastki można połączyć poprzez syntezę?
O: Nie, cięższe pierwiastki łączą się mniej łatwo niż lżejsze, a żelazo (metal) w ogóle nie może łączyć się z innymi atomami. To właśnie powoduje, że gwiazdy umierają, gdy łączą wszystkie swoje atomy w cięższe atomy, aż do momentu, gdy zaczynają produkować żelazo, które już nie może się łączyć.
P: Czy łatwo jest wywołać reakcje syntezy jądrowej na Ziemi?
O: Nie, to bardzo trudne, ponieważ reakcje te zachodzą tylko w wysokiej temperaturze i ciśnieniu, jak na Słońcu, ponieważ oba jądra mają ładunki dodatnie, które się odpychają, więc muszą uderzać w siebie z bardzo dużą prędkością, aby doszło do udanej fuzji.
P: Czy komuś udało się kontrolować lub powstrzymać te reakcje w celu wytwarzania energii elektrycznej?
O: Jeszcze nie - naukowcy i inżynierowie próbują od dziesięcioleci, ale nadal czeka ich wiele wyzwań, zanim energia termojądrowa będzie mogła być wykorzystywana jako czyste źródło energii.
P: Co do tej pory udało się zrobić w zakresie fuzji jądrowej?
O: Jedynym sukcesem była dotychczas broń jądrowa, w której bomba wodorowa wykorzystuje bombę atomową (rozszczepieniową) do rozpoczęcia reakcji.
