Know Nuclear
Fuzja jądrowa
Jest to proces jądrowy, w którym energia jest wytwarzana przez rozbicie ze sobą lekkich atomów. Jest to reakcja przeciwna do rozszczepienia, w której ciężkie izotopy są rozdzielane. Fuzja jest procesem, w którym Słońce i inne gwiazdy wytwarzają światło i ciepło.
Najłatwiej jest ją osiągnąć na Ziemi poprzez połączenie dwóch izotopów wodoru: deuteru i trytu. Wodór jest najlżejszy ze wszystkich pierwiastków, składa się z jednego protonu i elektronu. Deuter ma w swoim jądrze dodatkowy neutron; może zastąpić jeden z atomów wodoru w H20, tworząc tak zwaną „ciężką wodę”. Tryt ma dwa dodatkowe neutrony i dlatego jest trzy razy cięższy od wodoru. W cyklu syntezy jądrowej tryt i deuter łączą się, w wyniku czego powstaje hel, kolejny najcięższy pierwiastek w układzie okresowym, i uwalniany jest wolny neutron.
Deuter występuje w zwykłej wodzie morskiej w ilości jednej części na 6500, jest więc dostępny globalnie, co eliminuje problem nierównomiernego geograficznego rozmieszczenia zasobów paliwowych. Oznacza to, że paliwo do fuzji jądrowej będzie dostępne tak długo, jak długo na naszej planecie będzie istniała woda.
CZY WIESZ, ŻE?
Naukowcy z Instytutu Fizyki Plazmy Maxa Plancka w Greifswaldzie w Niemczech zademonstrowali, że możliwe jest przegrzanie atomów wodoru w celu utworzenia plazmy o temperaturze 80 milionów stopni Celsjusza przy użyciu maszyny zwanej stellaratorem Wendelstein 7-X. Plazma stanowi podstawę fuzji jądrowej, w której atomy wodoru zderzają się, a ich jądra łączą się, tworząc atomy helu – proces, który wydziela energię i jest podobny do tego, co dzieje się na naszym Słońcu.
Czym jest energia termojądrowa?
Przyjrzyjrzyjmy się reakcji fuzji jądrowej. Można zauważyć, że gdy deuter i tryt łączą się ze sobą, ich części składowe są rekombinowane w atom helu i neutron prędki. Ponieważ dwa ciężkie izotopy są ponownie łączone w atom helu, pozostaje „dodatkowa” masa, która jest zamieniana na energię kinetyczną neutronu, zgodnie ze wzorem Einsteina: E=mc2.
Aby zaszła reakcja syntezy jądrowej, konieczne jest zbliżenie dwóch jąder na tyle, by uaktywniły się siły jądrowe i skleiły jądra ze sobą. Siły jądrowe są siłami małodystansowymi i muszą działać przeciwko siłom elektrostatycznym, w których dodatnio naładowane jądra odpychają się od siebie. Jest to powód, dla którego reakcje syntezy jądrowej zachodzą głównie w środowisku o dużej gęstości i wysokiej temperaturze.
W bardzo wysokich temperaturach elektrony są odrywane od jąder atomowych, tworząc plazmę (zjonizowany gaz). W takich warunkach odpychające siły elektrostatyczne, które oddalają od siebie dodatnio naładowane jądra, mogą zostać pokonane, a jądra wybranych lekkich pierwiastków mogą zostać połączone w fuzję i utworzyć inne pierwiastki. Fuzja jądrowa pierwiastków lekkich uwalnia ogromne ilości energii i jest podstawowym procesem wytwarzania energii w gwiazdach.
Celem badań nad fuzją jądrową jest ograniczenie jonów fuzyjnych w wystarczająco wysokich temperaturach i ciśnieniach oraz przez wystarczająco długi czas, aby doszło do fuzji.
.