Cunoașteți energia nucleară
Fuziunea nucleară
Este un proces nuclear, în care energia este produsă prin ciocnirea atomilor de lumină. Este reacția opusă fisiunii, în care izotopii grei sunt despărțiți. Fuziunea este procesul prin care soarele și alte stele generează lumină și căldură.
Este cel mai ușor de realizat pe Pământ prin combinarea a doi izotopi de hidrogen: deuteriu și tritiu. Hidrogenul este cel mai ușor dintre toate elementele, fiind alcătuit dintr-un singur proton și un electron. Deuteriul are un neutron în plus în nucleul său; acesta poate înlocui unul dintre atomii de hidrogen din H20 pentru a obține ceea ce se numește „apă grea”. Tritiul are doi neutroni în plus și, prin urmare, este de trei ori mai greu decât hidrogenul. Într-un ciclu de fuziune, tritiul și deuteriul se combină și au ca rezultat formarea heliului, următorul element cel mai greu din tabelul periodic, și eliberarea unui neutron liber.
Deuteriul se găsește într-o proporție de o parte la 6.500 în apa de mare obișnuită și, prin urmare, este disponibil la nivel global, eliminând problema distribuției geografice inegale a resurselor de combustibil. Acest lucru înseamnă că va exista combustibil pentru fuziune atâta timp cât va exista apă pe planetă.
ȘTIAȚI CĂ?
Cercetătorii de la Institutul Max Planck pentru Fizica Plasmei din Greifswald, Germania, au demonstrat că este posibil să supraîncălzească atomii de hidrogen pentru a forma o plasmă de 80 de milioane de grade Celsius folosind o mașină numită stellarator Wendelstein 7-X. Plasma formează baza pentru fuziunea nucleară, în care atomii de hidrogen se ciocnesc și nucleele lor fuzionează pentru a forma atomi de heliu – un proces care degajă energie și este similar cu ceea ce se întâmplă în soarele nostru.
Ce este energia de fuziune?
Să aruncăm o privire asupra unei reacții de fuziune. Puteți vedea că, pe măsură ce deuteriul și tritiul fuzionează împreună, părțile lor componente sunt recombinate într-un atom de heliu și un neutron rapid. Pe măsură ce cei doi izotopi grei sunt reasamblați într-un atom de heliu, vă rămâne o masă „în plus” care este convertită în energia cinetică a neutronului, conform formulei lui Einstein: E=mc2.
Pentru ca o reacție de fuziune nucleară să aibă loc, este necesar ca două nuclee să fie atât de apropiate încât forțele nucleare să devină active și să lipească nucleele între ele. Forțele nucleare sunt forțe pe distanțe mici și trebuie să acționeze împotriva forțelor electrostatice prin care nucleele încărcate pozitiv se resping între ele. Acesta este motivul pentru care reacțiile de fuziune nucleară au loc mai ales în medii cu densitate mare și temperatură ridicată.
La temperaturi foarte ridicate, electronii sunt desprinși de nucleele atomice pentru a forma o plasmă (gaz ionizat). În astfel de condiții, forțele electrostatice repulsive care mențin nucleele încărcate pozitiv separate pot fi depășite, iar nucleele anumitor elemente ușoare pot fi aduse împreună pentru a fuziona și a forma alte elemente. Fuziunea nucleară a elementelor ușoare eliberează cantități uriașe de energie și este procesul fundamental de producere a energiei în stele.
Obiectivul cercetării în domeniul fuziunii este de a confina ionii de fuziune la temperaturi și presiuni suficient de ridicate și pentru un timp suficient de îndelungat pentru a fuziona.
