Каква е разликата между ядрения синтез и деленето?

Ядреният синтез и деленето са естествени физически процеси, които освобождават енергия в резултат на взаимодействие между атомите. Тези енергии са много по-големи от тези на химичните реакции. Докато синтезът и деленето са естествени явления, без които животът на земята не би могъл да съществува, именно изкуственото приложение на тези сили най-често привлича вниманието. Използването или злоупотребата с ядрената енергия е дошло да дефинира голяма част от нашия съвременен свят, създавайки обещание и заплаха в еднаква степен.

Какво е ядрено делене

Казано по-просто, ядреното делене е разделянето на атом на два или повече атома с по-ниско атомно тегло. Когато общата маса на по-малките атоми е по-малка от тази на оригиналния атом, разликата в масата се превръща в енергия. Както Айнщайн ни научи със своето известно уравнение E=mc2, малко количество маса ще се преобразува в голямо количество енергия. Това се дължи на огромния енергиен потенциал, който е свързан в атомното ядро.

радио на Джеймс Бонд

Ядрено делене в природата

Ядреното делене се случва естествено през цялото време. Тежките елементи като уран и торий непрекъснато претърпяват бавно, спонтанно делене, което генерира радиоактивност и топлина. Тази топлина затопля кората на планетата и разтопеното ядро. Въртящото се ядро ​​генерира магнитно поле, което предпазва целия живот от смъртоносна космическа и слънчева радиация. Смята се също, че топлината от радиоактивен разпад води до тектоника на плочите.

Ранна атомна физика

През 1913 г. датският учен Нилс Бор концептуализира атома като вид миниатюрна слънчева система, с електрони, обикалящи около ядро ​​в определени места, които той описва като черупки. Когато един електрон се движи между обвивките, радиацията се излъчва или абсорбира. През 20-те и 30-те години на миналия век са проведени много експерименти, за да се изследва и усъвършенства атомния модел.

Проект Манхатън

С осъзнаването, че бомбардирането на ядрото на тежък атом с енергийни частици може да започне верижна реакция, възможността за бомба стана реална. Съединените щати инициираха проекта Манхатън, който завърши с хвърлянето на атомната бомба над японските градове Хирошима и Нагасаки.

Използване на ядрено делене за генериране на енергия

Въпреки че разрушителният потенциал на реакцията на делене беше ясен, имаше по-обещаващи приложения за бъдещето. Като източник на енергия ядрената енергия беше милиони пъти по-плътна от конвенционалните горива. Вниманието се насочи към проектирането на реактори на делене в търговски мащаб. Първият, който влезе в мрежата, беше в Шипингпорт, Пенсилвания през 1957 г. и можеше да генерира 60 MWe.

Управление на ядрените отпадъци

Ентусиазмът към ядрената енергетика доведе до пускането в експлоатация на десетки реактори през следващите десетилетия, достигайки връх от 107 реактора в Съединените щати през 1990 г. Въпреки че имаше много предимства, практическият опит в експлоатацията на тези съоръжения също подчерта сериозни проблеми. Страничните продукти от деленето, особено високоактивните радиоактивни отпадъци, могат да останат опасни в продължение на много години. Ядрени аварии като тези на Три Майл Айлънд през 1979 г. и Чернобил през 1986 г., показаха, че дори напредналото инженерство не може да смекчи всички рискове, свързани с генерирането на ядрена енергия от източници на делене.

Един възможен отговор на този проблем беше ядреният синтез. На теория синтезът може да генерира дори по-големи количества енергия от деленето, без да създава опасни отпадъци.

сексът и градът наташа

Какво е ядрен синтез?

Ядреният синтез е обратното на деленето, тъй като включва сливането на два или повече атома заедно, за да се образува нов, по-тежък елемент. Новообразуваният атом ще съдържа малко по-малко маса от сумата на атомите, използвани за създаването му. Липсващата маса се превръща в енергия. Енергийната мощност на синтеза е няколко пъти по-голяма от тази, постигната в процеса на делене. Докато синтезът произвежда някои радиоактивни странични продукти, те са изключително краткотрайни в сравнение с деленето.

Ядреният синтез в природата

Най-очевидният естествен пример за ядрен синтез е нашето Слънце. Огромната топлина и гравитация в центъра на Слънцето карат водородните елементи да се слеят заедно в серия от сложни взаимодействия, за да образуват хелий, произвеждайки огромни количества енергия в процеса. Слънцето е подложено на този водородно-хелиев синтез от около 4,5 милиарда години и се очаква да продължи поне още 5 милиарда, преди да свърши водородното гориво.

Усилия за постигане на ядрен синтез

Постигането на устойчива реакция на синтез е много по-каменен път от усилията за делене през 40-те години на миналия век. Това се дължи на основна бариера, пред която са изправени инженерите, а именно как да се преодолее електростатичното отблъскване между атомите и да се принудят да се слеят, без да изразходват повече енергия, отколкото се получава. В природата това се постига в режим на изключително високи температури, от порядъка на милиони градуси. Много десетилетия и милиарди долари са похарчени по целия свят и все още не е ясно кога, ако изобщо някога, функционираща електроцентрала за ядрен синтез ще започне да функционира.

Бъдещето на ядрената енергетика

В ерата на въглеродно-неутрални източници на енергия, ядрената енергия може да играе роля. Новите проекти на реактори на делене могат ефективно да преработват радиоактивни отпадъци и да ги използват за генериране на повече енергия. Ядреният синтез обаче остава светият граал на производството на електроенергия. Ако може да бъде постигнато, нашите енергийни притеснения ще преминат.