Делението и синтезът са два начина за освобождаване на енергия от атомни ядра чрез ядрена реакция. Разликата между тях е в процеса: единият слива атоми с по-малки ядра заедно, като ги слива, докато другият ги разделя на продукти на делене. И в двата случая количеството енергия е толкова голямо, милиони пъти повече, отколкото от други енергийни източници, че тези ядрени процеси се случват само при специфични условия.
Какво е ядрен синтез?
Като глагол fuse е синоним на „комбиниране“ или „смесване“. От това следва, че в процеса на ядрен синтез, две леки ядра предпазител заедно за да образува по-тежко ядро. Например два водородни атома могат да се слеят, образувайки един деутерий.
Изключително висока енергия, обикновено под формата на екстремна топлина, създаваща много високи температури, и налягането е необходимо за успокояване на две силно положителни ядра, които обикновено биха се отблъснали в достатъчно близко пространство за възникване на синтез, освобождавайки ядрена енергия в процес.
В резултат на това този процес се случва само в звезди като слънцето, които имат естествен реактор за синтез в своите ядра. Човечеството може временно да създаде условия за ядрен синтез, например с водородна бомба, но поддържането на такива високи температури, необходими за контролирана, продължаваща реакция за използване като енергиен източник, все още не е възможен.
След като ядреният синтез започне обаче, той може да продължи в самоподдържащ се верижна реакция. Това е така, защото по-малките атоми с маси до тази на желязото в периодичната таблица отделят повече енергия, когато се сливат, отколкото е необходимо за сливането им (екзотермична реакция). Като такъв, ядреният синтез е процесът, при който повечето звезди отделят енергия.
Какво е ядрено делене?
Делението, което може да се определи като акт на разделяне на нещо на части, е противоположно на синтез.
При ядрено делене тежко ядро се разпада на по-леки ядра. Счупването се случва, когато неутрон се забие в тежко ядро, създавайки много радиоактивни и нестабилни странични продукти, заедно с повече неутрони, които продължават да се разпадат в ядрена верижна реакция.
Енергията, отделена от ядрено делене, е милиони пъти по-ефективна от тази, която се отделя от изгарянето на еквивалентна маса въглища. За разлика от реакциите на синтез, реакциите на делене са сравнително лесни за иницииране и управление в ядрените реактори, което ги прави широко разпространен източник на енергия.
Примери за делене и синтез
- Ядрени реактори: Инженерите обикновено използват плутоний или уран, за да започнат реакция на делене, контролиращ скоростта с вода и пръчки от нереактивен материал, които абсорбират свободни неутрони. Енергията, отделена в реакциите на делене, загрява водата и получената пара превръща турбини, които генерират електричество за човешка употреба.
- Атомни бомби: Реакции на ядрено делене се срещат в атомни бомби. За разлика от атомната електроцентрала, реакцията не се контролира, което позволява бърза верижна реакция, която води до освобождаване на невероятни енергии наведнъж. Единственият начин хората на Земята да създадат необходимите условия за синтез, правилната температура с достатъчно маса, разбита заедно при достатъчно високо налягане, е чрез иницииране на делене с бомба.
- Радиоактивно разпадане: Ядрено делене също се случва при радиоактивен разпад, когато елемент спонтанно излъчва енергия под формата на частици. Времето на полуживот на радиоактивно разпадане или времето за разпадане на половината радиоактивни ядра в пробата зависи от общата стабилност на ядрото. Естественият радиоактивен материал на Земята постоянно претърпява реакции на делене по този начин.
- Ядрото на звездите: Реакции на ядрен синтез се срещат естествено при силна температура и налягане в звездата. Това е основата на повечето енергии, които отдават звездите.
- Студено сливане: Хипотетичен начин за създаване ядрен синтез при "стайни температури", като по този начин го прави жизнеспособен източник на енергия, студеният синтез никога не е бил успешно разработен.