Διαδικασίες σύντηξης

Έννοια της πυρηνικής σύντηξης

Στις διαδικασίες σύντηξης, υπάρχει σύνδεση ή σύντηξη δύο ελαφρών ατόμων για να σχηματιστεί ένα βαρύτερο. Το νέο άτομο που δημιουργείται έχει μικρότερη μάζα από το παλιό άτομο και η μάζα που λείπει εκπέμπεται ως ενέργεια. Ο Αϊνστάιν εξήγησε την έννοια με την περίφημη εξίσωσή του:

E =mc2

Είναι κάτι που συμβαίνει συνήθως με άλλα αστέρια και τον ήλιο και υπάρχει η εμπλοκή του συνδυασμού δύο ατομικών πυρήνων για τη δημιουργία ενός μεγαλύτερου. Μια τεράστια ποσότητα ενέργειας απελευθερώνεται από αυτές τις αντιδράσεις, αλλά κατά τη διάρκεια της πυρηνικής σύντηξης, το ενεργειακό πεδίο είναι πολύ έντονο και υψηλό και τα απόβλητα είναι πολύ λιγότερα.

Τύποι αντιδράσεων σύντηξης

Οι αντιδράσεις σύντηξης είναι διαφορετικών τύπων, αλλά κυρίως υπάρχουν δύο τύποι, τα οποία είναι ισότοπα υδρογόνου που είναι γνωστά ως δευτέριο και ένα άλλο είναι το τρίτιο. Μερικές κοινές αντιδράσεις σύντηξης είναι:

Αλυσίδα πρωτονίου-πρωτονίου

Αυτός ο τύπος αντίδρασης σύντηξης είναι αυτός που λαμβάνει χώρα στον Ήλιο ή σε οποιοδήποτε άλλο αστέρι στο Σύμπαν. Όταν υπάρχει σύγκρουση ενός ζεύγους πρωτονίων (δύο ζεύγη ατόμων υδρογόνου) σχηματίζεται δύο άτομα δευτερίου. Για το σχηματισμό του ηλίου-3, κάθε δευτέριο συνδυάζεται ξανά με ένα πρωτόνιο (υδρογόνο), το οποίο και πάλι συνδυάζεται και τελικά καταλήγει στο σχηματισμό ηλίου-4.

Αντιδράσεις δευτερίου-δευτηρίου

Τα άτομα δευτερίου σε ζεύγη συνδυάζονται για να σχηματίσουν νετρόνια και ήλιο-3.

Αντιδράσεις τριτίου-δευτερίου

Ένα άτομο από τρίτιο και δευτέριο συνδυάστηκαν για να σχηματίσουν νετρόνιο και ήλιο-4. Η ενέργεια που απελευθερώνεται εδώ έχει πάντα τη μορφή υψηλής ενέργειας.

Διαφορά μεταξύ πυρηνικής σχάσης και πυρηνικής σύντηξης

Η ενέργεια συνήθως προέρχεται από φυσικές και χημικές διεργασίες. Στην ιστορία, οι άνθρωποι συνήθιζαν να καίνε υλικά με βάση τον άνθρακα, όπως άνθρακα και ξύλο, ή χρησιμοποιούσαν τη διαδικασία αξιοποίησης για την παραγωγή ενέργειας από το νερό, τον ήλιο και τον άνεμο.

Ομοίως, για την παραγωγή μιας τεράστιας ποσότητας ενέργειας σχάσης και σύντηξης, χρησιμοποιούνται δύο κοινές φυσικές διεργασίες. Τεράστιες ποσότητες ενέργειας παράγονται από τη φυσική διαδικασία της σχάσης και της σύντηξης από τα άτομα. Εκατομμύρια φορές έχει παραχθεί ενέργεια από διαφορετικές πηγές μέσω της διαδικασίας των πυρηνικών αντιδράσεων.

σχάση

Όταν οποιοδήποτε νετρόνιο διασπάται στο μεγάλο άτομο, συμβαίνει σχάση. Εάν διασπαστεί περαιτέρω σε άλλα δύο μικρότερα άτομα, τότε είναι γνωστό ως το προϊόν της σχάσης. Κατά τη διάρκεια αυτής της διαδικασίας, απελευθερώνονται μερικά άλλα νετρόνια, τα οποία μετατρέπονται σε αλυσιδωτή αντίδραση. Μεγάλη ποσότητα ενέργειας απελευθερώνεται κατά τη διάσπαση των ατόμων.

Στις αντιδράσεις σχάσης, το πλουτώνιο και το ουράνιο χρησιμοποιούνται συνήθως σε αντιδραστήρες πυρηνικής ενέργειας καθώς είναι πολύ εύκολο να ελεγχθεί και να εκκινηθεί. Η ενέργεια που απελευθερώνεται κατά τη διαδικασία της σχάσης στους αντιδραστήρες χρησιμοποιείται για τη θέρμανση του νερού σε ατμό. Ο παραγόμενος ατμός χρησιμοποιείται περαιτέρω για την περιστροφή ενός στροβίλου για την περαιτέρω παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας χωρίς άνθρακα.

Fusion

Στη διαδικασία της σύντηξης, δύο άτομα συγχωνεύονται, με αποτέλεσμα το σχηματισμό νέων βαρύτερων ατόμων. Για παράδειγμα:Όταν ένα άτομο ηλίου σχηματίζεται από τη σύντηξη δύο ατόμων υδρογόνου. Αυτή η διαδικασία είναι παρόμοια με τη διαδικασία παραγωγής τεράστιας ενέργειας από τον ήλιο, πολλές φορές μεγαλύτερη από τη σχάση. Προϊόντα σχάσης υψηλής ραδιενέργειας δεν παράγονται από αυτή τη διαδικασία.

Αρκετοί επιστήμονες έχουν μελετήσει τη διαδικασία των αντιδράσεων σύντηξης, αλλά βρήκαν πολύ δύσκολο να τη διατηρήσουν για περισσότερες ώρες λόγω της υψηλής θερμοκρασίας και πίεσης που απαιτούνται για να συνδυαστούν οι πυρήνες μεταξύ τους.

Εφαρμογές πυρηνικής σύντηξης

Δύο προσεγγίσεις χρησιμοποιούνται για την ασφαλή εφαρμογή της πυρηνικής σύντηξης:μαγνητικός περιορισμός και αδρανειακός περιορισμός. Σε μαγνητικό περιορισμό, τα άτομα θερμαίνονται σε πολύ υψηλή θερμοκρασία. Για παράδειγμα, ένα μείγμα ισοτόπων υδρογόνου θερμαίνεται σε υψηλή θερμοκρασία. Σε αυτή τη θερμοκρασία, το μείγμα αλλάζει συνήθως τη φύση του.

Σε αυτή τη διαδικασία, τα άτομα χάνουν ηλεκτρόνια και σχηματίζονται θετικά φορτισμένοι πυρήνες και ηλεκτρόνια στο μείγμα, το οποίο είναι γνωστό ως πλάσμα. Αυτό το σχηματισμένο πλάσμα περιέχει ήδη ένα μαγνητικό πεδίο. Από την περιστρεφόμενη καυτή μάζα του πλάσματος, ο καθένας μπορεί να σχεδιάσει ένα πεδίο και να δημιουργήσει οποιοδήποτε σχήμα. Το μηχάνημα σε σχήμα ντόνατ της Ρωσίας (tokamak) είναι το πιο κατάλληλο παράδειγμα.

Μέσω της διαδικασίας του tokamak, δημιουργούνται ισχυρά ηλεκτρομαγνητικά πεδία που μπορούν να κρατήσουν ένα καυτό πλάσμα στη θέση του. Στη συνέχεια, τα ισότοπα υδρογόνου έχουν θερμανθεί σε πολύ υψηλή θερμοκρασία και αρχίζει να συμβαίνει η πυρηνική σύντηξη.

Συμπέρασμα

Τέλος, μπορεί να συναχθεί το συμπέρασμα ότι στις αντιδράσεις σχάσης, το πλουτώνιο και το ουράνιο χρησιμοποιούνται συνήθως σε αντιδραστήρες πυρηνικής ενέργειας καθώς είναι πολύ εύκολο να ελεγχθεί και να εκκινηθεί.

Η ενέργεια που απελευθερώνεται κατά τη διαδικασία της σχάσης στους αντιδραστήρες χρησιμοποιείται για τη θέρμανση του νερού σε ατμό. Ο παραγόμενος ατμός χρησιμοποιείται περαιτέρω για την περιστροφή ενός στροβίλου για την περαιτέρω παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας χωρίς άνθρακα.

Κατά τη διαδικασία της σύντηξης, δύο άτομα διασπώνται μεταξύ τους, με αποτέλεσμα να σχηματίζονται νέα βαρύτερα άτομα. Για παράδειγμα:Όταν ένα άτομο ηλίου σχηματίζεται από τη σύντηξη δύο ατόμων υδρογόνου. Αυτή η διαδικασία είναι παρόμοια με τη διαδικασία παραγωγής τεράστιας ενέργειας από τον ήλιο, πολλές φορές μεγαλύτερη από τη σχάση.

Προϊόντα σχάσης υψηλής ραδιενέργειας δεν παράγονται από αυτή τη διαδικασία. Και οι δύο διαδικασίες λειτουργούν διαφορετικά και το προϊόν είναι επίσης διαφορετικό.