ביקוע והתמזגות הן שתי דרכים לשחרור אנרגיה מגרעינים אטומיים באמצעות תגובה גרעינית. ההבדל ביניהם הוא בתהליך: האחד מתמזג אטומים עם גרעינים קטנים יותר יחד על ידי מיזוג ביניהם ואילו השני מפרק אותם למוצרי ביקוע. בשני המקרים, כמות האנרגיה המעורבת כל כך גדולה, מיליוני פעמים יותר ממקורות אנרגיה אחרים, שתהליכים גרעיניים אלה מתרחשים רק בתנאים ספציפיים.
מהו היתוך גרעיני?
כפועל, נתיך הוא שם נרדף ל"שלב "או" תערובת ". מכאן נובע שבתהליך היתוך גרעיני שני גרעינים קלים נתיך יחד כדי ליצור גרעין כבד יותר. לדוגמא, שני אטומי מימן יכולים להתמזג יחד ליצירת דאוטריום אחד.
אנרגיה גבוהה מאוד, בדרך כלל בצורה של חום קיצוני היוצרת טמפרטורות גבוהות מאוד, ונדרש לחץ כדי לשדל שתיים גרעינים חיוביים מאוד שבדרך כלל ידחו למרחב קרוב מספיק כדי שיתמזג, וישחרר אנרגיה גרעינית תהליך.
כתוצאה מכך, תהליך זה מתרחש רק בתוך כוכבים כמו השמש שיש להם ליבת כור היתוך טבעי. האנושות יכולה ליצור באופן זמני את התנאים להתמזגות גרעינית, למשל עם פצצת מימן, אבל שמירה על טמפרטורות כה גבוהות הנחוצות לתגובה מבוקרת ומתמשכת לשימוש כמקור אנרגיה עדיין לא אפשרי.
ברגע שמתחיל היתוך גרעיני, הוא יכול להמשיך בקיום עצמי תגובת שרשרת. הסיבה לכך היא שהאטומים הקטנים יותר עם מסות עד זו של ברזל על הטבלה המחזורית מפיצים יותר אנרגיה בעת התמזגות מכפי שנדרש כדי להתיך אותם יחד (תגובה אקסותרמית). ככזה, היתוך גרעיני הוא התהליך בו רוב הכוכבים מפיצים אנרגיה.
מהי ביקוע גרעיני?
ביקוע, שניתן להגדיר אותו כפעולה של פיצול משהו לחלקים, הוא ה ההפך מפיוז'ן.
בביקוע גרעיני, גרעין כבד מתפרק לגרעינים קלים יותר. השבירה מתרחשת כאשר נויטרון נזרק לגרעין כבד ויוצר תוצרי לוואי רדיואקטיביים מאוד ולא יציבים, יחד עם נויטרונים נוספים, הממשיכים להתפרק בתגובת שרשרת גרעינית.
האנרגיה המשתחררת מביקוע גרעיני יעילה פי מיליונים מזו המשתחררת משריפת מסה שווה של פחם. שלא כמו תגובות היתוך, תגובות ביקוע קלות יחסית ליזום ובקרה בתוך כורים גרעיניים, מה שהופך אותם למקור אנרגיה נרחב.
דוגמאות לביקוע והתמזגות
- כורים גרעיניים: מהנדסים משתמשים בדרך כלל בפלוטוניום או אורניום כדי להתחיל תגובת ביקוע, שליטה בקצב עם מים ומוטות של חומר שאינו תגובתי הקולט נויטרונים חופשיים. האנרגיה המשתחררת בתגובות הביקוע מחממת מים, והקיטור שנוצר הופך טורבינות המייצרות חשמל לשימוש האדם.
- פצצות אטומיות: תגובות ביקוע גרעיני להתרחש בפצצות אטום. שלא כמו בתחנת כוח גרעינית, התגובה אינה נשלטת, מה שמאפשר תגובת שרשרת מהירה שגורמת לאנרגיות מדהימות להשתחרר בבת אחת. הדרך היחידה שבה בני אדם על פני כדור הארץ יכולים ליצור את התנאים הדרושים להתמזגות, הטמפרטורה הנכונה עם מספיק מסה שנופצת יחד בלחץ גבוה מספיק, היא על ידי ייזום ביקוע עם פצצה.
- ריקבון רדיואקטיבי: ביקוע גרעיני מתרחש גם בריקבון רדיואקטיבי, כאשר אלמנט פולט באופן ספונטני אנרגיה בצורת חלקיקים. מחצית החיים של ריקבון רדיואקטיבי, או הזמן למחצית הגרעינים הרדיואקטיביים להתפרקות לדוגמא, תלויה ביציבות הכוללת של הגרעין. באופן טבעי חומרים רדיואקטיביים בכדור הארץ עוברים כל הזמן תגובות ביקוע בדרך זו.
- ליבת הכוכבים: תגובות היתוך גרעיני מתרחשים באופן טבעי תחת טמפרטורה ולחץ עזים בתוך כוכב. זה הבסיס למרבית האנרגיה שכוכבים מפיצים.
- היתוך קר: דרך היפותטית ליצור היתוך גרעיני ב"טמפרטורות החדר ", ובכך הופך אותו למקור אנרגיה מעשי אנושי, היתוך קר מעולם לא פותח בהצלחה.