Štiepenie a fúzia sú dva spôsoby, ako uvoľniť energiu z atómových jadier jadrovou reakciou. Rozdiel medzi nimi je v postupe: Jeden taví atómy s menšími jadrami tak, že ich spája, zatiaľ čo druhý ich rozdeľuje na produkty štiepenia. V obidvoch prípadoch je množstvo použitej energie také veľké, miliónkrát väčšie ako z iných zdrojov energie, že tieto jadrové procesy prebiehajú iba za špecifických podmienok.
Čo je to jadrová fúzia?
Ako sloveso je poistka synonymom pre výraz „kombinovať“ alebo „zmes“. Z toho vyplýva, že v procese jadrovej fúzie dve ľahké jadrá spojiť sa aby vytvorili ťažšie jadro. Napríklad dva atómy vodíka môžu spolu fúzovať a vytvoriť jedno deutérium.
Na premiešanie dvoch je potrebná nesmierne vysoká energia, zvyčajne vo forme extrémneho tepla, ktoré vytvára veľmi vysoké teploty a tlak silne pozitívne jadrá, ktoré by sa za normálnych okolností odpudzovali do dostatočne blízkeho priestoru na fúziu a uvoľňovali by jadrovú energiu v procesu.
Výsledkom je, že tento proces sa deje iba vo vnútri hviezd ako slnko, ktoré majú vo svojich jadrách prirodzený fúzny reaktor. Ľudstvo môže dočasne vytvoriť podmienky pre jadrovú fúziu, napríklad pomocou vodíkovej bomby, ale udržanie takých vysokých teplôt potrebných na kontrolovanú a prebiehajúcu reakciu na použitie ako zdroja energie ešte nie je k dispozícii možné.
Len čo začne jadrová fúzia, môže pokračovať v sebestačnosti reťazová reakcia. Je to tak preto, lebo menšie atómy s hmotnosťou až do železa v periodickej sústave vydávajú po fúzii viac energie, ako je potrebné na ich spoločné spojenie (exotermická reakcia). Jadrová fúzia ako taká je proces, pri ktorom väčšina hviezd vydáva energiu.
Čo je jadrové štiepenie?
Štiepenie, ktoré možno definovať ako akt rozdelenia niečoho na časti, je opak fúzie.
Pri štiepení jadra sa ťažké jadro rozpadá na ľahšie jadrá. K rozbitiu dôjde, keď neutrón narazí do ťažkého jadra a vytvorí veľmi rádioaktívne a nestabilné vedľajšie produkty spolu s ďalšími neutrónmi, ktoré sa naďalej rozpadajú v jadrovej reťazovej reakcii.
Energia uvoľnená z jadrového štiepenia je miliónkrát účinnejšia ako energia uvoľnená pri spaľovaní ekvivalentnej masy uhlia. Na rozdiel od fúznych reakcií sa štiepne reakcie dajú pomerne ľahko iniciovať a riadiť vo vnútri jadrových reaktorov, čo z nich robí rozšírený zdroj energie.
Príklady štiepenia a fúzie
- Jadrové reaktory: Inžinieri zvyčajne používajú na spustenie plutónium alebo urán a štiepna reakcia, riadenie rýchlosti pomocou vody a tyčí z nereaktívneho materiálu, ktoré absorbujú voľné neutróny. Energia uvoľnená pri štiepnych reakciách ohrieva vodu a výsledná para otáča turbíny, ktoré vyrábajú elektrinu pre ľudí.
- Atómové bomby: Reakcie jadrového štiepenia sa vyskytujú v atómových bombách. Na rozdiel od jadrovej elektrárne nie je reakcia riadená, čo umožňuje rýchlu reťazovú reakciu, ktorej výsledkom je neuveriteľné uvoľnenie energií naraz. Jediným spôsobom, ako môžu ľudia na Zemi vytvoriť podmienky potrebné na fúziu, správnu teplotu a dostatok hmoty rozdrobenej pri dostatočne vysokom tlaku, je zahájenie štiepenia bombou.
- Rádioaktívny rozpad: Jadrové štiepenie tiež nastáva pri rádioaktívnom rozpade, keď prvok spontánne emituje energiu vo forme častíc. Polčas rozpadu rádioaktívneho odpadu alebo čas, počas ktorého sa napríklad rozpadne polovica rádioaktívnych jadier, závisí od celkovej stability jadra. Prirodzene sa vyskytujúci rádioaktívny materiál na Zemi týmto spôsobom neustále podlieha štiepnym reakciám.
- Jadro hviezd: Reakcie jadrovej fúzie vyskytujú sa prirodzene pri vysokej teplote a tlaku vo vnútri hviezdy. Toto je základ väčšiny energie, ktorú hviezdy vydávajú.
- Studená fúzia: Hypotetický spôsob tvorby jadrová fúzia pri „izbovej teplote“, čo z neho robí životaschopný zdroj energie vyrobený človekom, sa studená fúzia nikdy úspešne nevyvinula.
