Dalijimasis ir sintezė yra du būdai, kaip branduolinės reakcijos būdu išlaisvinti energiją iš atomo branduolių. Skirtumas tarp jų yra procese: vienas sulydo atomus su mažesniais branduoliais, juos sulydydamas, o kitas skaido į dalijimosi produktus. Bet kuriuo atveju energijos kiekis yra toks didelis, milijonus kartų daugiau nei iš kitų energijos šaltinių, kad šie branduoliniai procesai vyksta tik esant specifinėms sąlygoms.
Kas yra branduolio sintezė?
Kaip veiksmažodis, saugiklis yra „derinti“ arba „maišyti“ sinonimas. Iš to seka, kad branduolio sintezės procese susidaro du šviesos branduoliai susilieja suformuoti sunkesnį branduolį. Pavyzdžiui, du vandenilio atomai gali susijungti ir sudaryti vieną deuterį.
Nepaprastai didelė energija, paprastai būdinga labai dideliam karščiui, sukeliančiam labai aukštą temperatūrą, ir slėgis reikalingas norint sujaudinti du stipriai teigiami branduoliai, kurie paprastai atsiriboja į pakankamai artimą erdvę sintezei atsirasti, išskirdami branduolinę energiją procesą.
Todėl šis procesas vyksta tik tokiose žvaigždėse kaip saulė, kurių branduoliuose yra natūralus sintezės reaktorius. Žmonija gali laikinai sukurti branduolio sintezės sąlygas, pavyzdžiui, naudodama vandenilio bombą, tačiau kol kas nėra palaikoma tokia aukšta temperatūra, kuri reikalinga kontroliuojamai ir nuolatinei reakcijai naudoti kaip energijos šaltinį įmanoma.
Tačiau prasidėjus branduolių sintezei, jis gali tęstis savarankiškai grandininė reakcija. Taip yra dėl to, kad mažesni atomai, kurių masė iki geležies yra periodinėje lentelėje, susilydę išskiria daugiau energijos, nei reikia jų sulydymui (egzoterminė reakcija). Branduolio sintezė yra procesas, kurio metu dauguma žvaigždžių atiduoda energiją.
Kas yra branduolio dalijimasis?
Skilimas, kurį galima apibrėžti kaip dalijimą į dalis, yra dalis priešinga sintezei.
Branduolio dalijimosi metu sunkusis branduolys skyla į lengvesnius branduolius. Lūžis įvyksta, kai neutronas įsiremia į sunkų branduolį, sukurdamas labai radioaktyvius ir nestabilius šalutinius produktus, kartu su daugiau neutronų, kurie irdant branduolinės grandinės reakcijai ir toliau.
Energija, išsiskirianti dėl branduolio dalijimosi, yra milijonus kartų efektyvesnė nei ta, kuri išsiskiria deginant lygiavertę anglies masę. Skirtingai nei sintezės reakcijos, dalijimosi reakcijas yra gana lengva inicijuoti ir valdyti branduoliniuose reaktoriuose, todėl jos yra plačiai paplitęs energijos šaltinis.
Skilimo ir sintezės pavyzdžiai
- Branduoliniai reaktoriai: Inžinieriai paprastai naudoja plutonį arba uraną dalijimosi reakcija, kontroliuojant greitį vandeniu ir nereaguojančios medžiagos strypais, sugeriančiais laisvuosius neutronus. Skilimo reakcijose išsiskirianti energija sušildo vandenį, o susidaręs garas paverčia turbinas, gaminančias žmonėms skirtą elektrą.
- Atominės bombos: Branduolio dalijimosi reakcijos pasitaiko atominėse bombose. Skirtingai nei atominėje elektrinėje, reakcija nėra kontroliuojama, todėl greitai įvyksta grandininė reakcija, dėl kurios vienu metu išsiskiria neįtikėtinos energijos. Vienintelis būdas Žemėje žmonėms sukurti sąlygas, reikalingas susiliejimui, tinkamos temperatūros ir pakankamos masės, susmulkintos kartu esant pakankamai aukštam slėgiui, yra inicijavus skilimą bomba.
- Radioaktyvusis skilimas: Branduolio dalijimasis taip pat įvyksta radioaktyviame skilime, kai elementas savaime skleidžia energiją dalelių pavidalu. Radioaktyviojo skilimo pusperiodis arba laikas, per kurį sugenda pusė radioaktyviųjų branduolių, priklauso nuo bendro branduolio stabilumo. Natūraliai Žemėje esanti radioaktyvioji medžiaga tokiu būdu nuolat vykdo skilimo reakcijas.
- Žvaigždžių šerdis: Branduolio sintezės reakcijos natūraliai atsiranda esant intensyviai temperatūrai ir slėgiui žvaigždės viduje. Tai yra daugumos energijos, kurią skleidžia žvaigždės, pagrindas.
- Šaltoji sintezė: hipotetinis būdas kurti branduolio sintezė esant „kambario temperatūrai“, todėl tai tampa perspektyviu žmogaus sukurtu energijos šaltiniu, šalto sintezė niekada nebuvo sėkmingai sukurta.