Ядерный синтез
Ядерный синтез - это процесс создания одного тяжелого ядра (части атома) из двух более легких ядер. Этот процесс называется ядерной реакцией. Он высвобождает большое количество энергии.
Ядро, созданное слиянием, тяжелее любого из стартовых ядер. Однако оно не такое тяжелое, как комбинация исходной массы исходных ядер (атомов). Эта потерянная масса меняется на много энергии. Это показано в известном уравнении Эйнштейна E=mc2.
Фьюжн случается посреди звезд, как Солнце. Атомы водорода сливаются вместе и образуют гелий. Это высвобождает много энергии. Эта энергия питает тепло и свет звезды. Не все элементы могут быть объединены. Более тяжелые элементы менее легко соединяются, чем более легкие. Железо (металл) не может соединиться с другими атомами. Это то, что заставляет звезды умирать. Звезды соединяют все свои атомы вместе, чтобы сделать более тяжелые атомы разных типов, пока не начнут делать железо. Ядро железа не может соединиться с другими ядрами. Реакции прекращаются. В конце концов, звезда остынет и умрет.
На Земле очень трудно начинать реакции ядерного синтеза, которые высвобождают больше энергии, чем необходимо для начала реакции. Причина в том, что реакции термоядерного синтеза происходят только при высокой температуре и давлении, как на Солнце, потому что оба ядра имеют положительный заряд, а положительный отталкивается. Единственный способ остановить отталкивание - заставить ядра ударяться друг о друга на очень высоких скоростях. Они делают это только при высоком давлении и температуре. До сих пор единственным успешным подходом было ядерное оружие. Водородная бомба использует атомную (деление) бомбу для запуска реакций синтеза. Ученые и инженеры десятилетиями пытаются найти безопасный и работоспособный способ контроля и сдерживания термоядерных реакций для выработки электроэнергии. Им еще предстоит преодолеть множество проблем, прежде чем энергия термоядерного синтеза сможет быть использована в качестве чистого источника энергии.
Версия периодической таблицы с указанием происхождения - в том числе и звездного нуклеосинтеза - элементов. Элементы выше 94 являются искусственными и не включены.
Для высвобождения энергии слияния используется реакция синтеза дейтерия-трития (D-T) водорода.
Солнце вырабатывает свою энергию путем ядерного синтеза ядер водорода в гелий. В своем ядре Солнце ежесекундно плавит 620 миллионов метрических тонн водорода.
Вопросы и ответы
В: Что такое ядерный синтез?
О: Ядерный синтез - это процесс создания одного тяжелого ядра (части атома) из двух более легких ядер. Этот процесс называется ядерной реакцией и высвобождает большое количество энергии.
В: Как происходит этот процесс?
О: Ядро, полученное в результате слияния, тяжелее любого из исходных ядер, но не настолько тяжелое, как комбинация их первоначальной массы. Эта потерянная масса превращается в большое количество энергии, что можно увидеть в знаменитом уравнении Эйнштейна E=mc2.
В: Где происходит этот процесс?
О: Термоядерный синтез происходит в центре звезд, таких как наше Солнце, где атомы водорода сплавляются вместе, образуя гелий и высвобождая много энергии, которая питает его теплом и светом.
В: Все ли элементы могут соединяться посредством термоядерного синтеза?
О: Нет, тяжелые элементы соединяются с меньшей легкостью, чем легкие, а железо (металл) вообще не может соединяться с другими атомами. Именно это является причиной гибели звезд, когда они соединяют все свои атомы вместе, чтобы получить более тяжелые атомы, пока они не начнут производить железо, которое уже не может соединяться.
В: Легко ли запустить реакции ядерного синтеза на Земле?
О: Нет, это очень сложно, поскольку эти реакции происходят только при высокой температуре и давлении, как на Солнце, из-за того, что оба ядра имеют положительные заряды, которые отталкивают друг друга, поэтому для успешного слияния они должны ударяться друг о друга на очень высоких скоростях.
В: Удалось ли кому-нибудь контролировать или сдерживать эти реакции для производства электроэнергии?
О: Пока нет - ученые и инженеры пытаются сделать это уже несколько десятилетий, но все еще существует множество проблем, прежде чем термоядерная энергия может быть использована в качестве чистого источника энергии.
В: Что было успешным до сих пор в отношении ядерного синтеза?
О: Единственный успешный подход до сих пор был применен в ядерном оружии, где водородная бомба использует атомную (делящуюся) бомбу для запуска реакции.
