Štěpení a fúze jsou dva způsoby, jak uvolnit energii z atomových jader jadernou reakcí. Rozdíl mezi nimi je v procesu: Jeden roztaví atomy s menšími jádry dohromady fúzí, zatímco druhý je rozdělí na štěpné produkty. V obou případech je množství zapojené energie tak velké, milionkrát více než z jiných zdrojů energie, že tyto jaderné procesy probíhají pouze za určitých podmínek.
Co je to jaderná fúze?
Jako sloveso je pojistka synonymem pro „kombinovat“ nebo „směs“. Z toho vyplývá, že v procesu jaderné fúze dvě lehká jádra spojit dohromady k vytvoření těžšího jádra. Například dva atomy vodíku se mohou spojit a vytvořit jedno deuterium.
Mimořádně vysoká energie, obvykle ve formě extrémního tepla vytvářejícího velmi vysoké teploty, a tlak vyžaduje koaxiální dva silně pozitivní jádra, která by se normálně odpuzovala do dostatečně blízkého prostoru pro fúzi, uvolňující jadernou energii v proces.
Výsledkem je, že tento proces probíhá pouze uvnitř hvězd, jako je slunce, které mají ve svých jádrech přirozený fúzní reaktor. Lidstvo může dočasně vytvořit podmínky pro jadernou fúzi, například pomocí vodíkové bomby, ale udržení tak vysokých teplot nezbytných pro řízenou a probíhající reakci na použití jako zdroje energie ještě není možný.
Jakmile začne jaderná fúze, může pokračovat v soběstačnosti řetězová reakce. Je to proto, že menší atomy s hmotností až do hmotnosti železa na periodické tabulce vydávají při fúzi více energie, než je nutné k jejich fúzi dohromady (exotermická reakce). Jaderná fúze je tedy proces, kterým většina hvězd vydává energii.
Co je jaderné štěpení?
Štěpení, které lze definovat jako akt rozdělení něčeho na části, je opak fúze.
Při štěpení jader se těžké jádro rozpadá na lehčí jádra. K rozbití dochází, když neutron narazí do těžkého jádra a vytvoří velmi radioaktivní a nestabilní vedlejší produkty spolu s dalšími neutrony, které se nadále rozpadají v jaderné řetězové reakci.
Energie uvolněná z jaderného štěpení je milionkrát účinnější než energie uvolněná při spalování ekvivalentní masy uhlí. Na rozdíl od fúzních reakcí je štěpné reakce relativně snadné iniciovat a řídit uvnitř jaderných reaktorů, což z nich dělá rozšířený zdroj energie.
Příklady štěpení a fúze
- Jaderné reaktory: Inženýři obvykle používají k zahájení plutonia nebo uranu štěpná reakce, řízení rychlosti pomocí vody a tyčí z nereaktivního materiálu, které absorbují volné neutrony. Energie uvolněná při štěpných reakcích ohřívá vodu a výsledná pára mění turbíny, které vyrábějí elektřinu pro lidské použití.
- Atomové bomby: Reakce štěpení jader vyskytují se v atomových bombách. Na rozdíl od jaderné elektrárny není reakce řízena, což umožňuje rychlou řetězovou reakci, která má za následek neuvěřitelné uvolnění energií najednou. Jediným způsobem, jak mohou lidé na Zemi vytvořit podmínky nezbytné pro fúzi, správnou teplotu s dostatečným množstvím hmoty rozbité při dostatečně vysokém tlaku, je iniciace štěpení bombou.
- Radioaktivní rozpad: Jaderné štěpení dochází také při radioaktivním rozpadu, kdy prvek spontánně vydává energii ve formě částic. Poločas radioaktivního rozpadu, nebo doba, po kterou se například rozpadne polovina radioaktivních jader, závisí na celkové stabilitě jádra. Přirozeně se vyskytující radioaktivní materiál na Zemi tímto způsobem neustále podléhá štěpným reakcím.
- Jádro hvězd: Reakce jaderné fúze přirozeně se vyskytují pod intenzivní teplotou a tlakem uvnitř hvězdy. To je základ většiny energie, kterou hvězdy vydávají.
- Studená fúze: Hypotetický způsob tvorby jaderná fůze při „pokojové teplotě“, což z něj činí životaschopný zdroj energie vyrobený člověkem, nebyla nikdy úspěšně vyvinuta fúze za studena.