Cepitev in fuzija sta dva načina za sproščanje energije iz jedrskih jeder z jedrsko reakcijo. Razlika med njima je v postopku: eden združi atome z manjšimi jedri tako, da jih zlije, drugi pa jih razdeli na cepitvene produkte. V obeh primerih je količina energije tako velika, milijone krat večja kot iz drugih virov energije, da se ti jedrski procesi zgodijo le v določenih pogojih.
Kaj je jedrska fuzija?
Kot glagol je fuse sinonim za "kombinirati" ali "mešati". Iz tega sledi, da v jedrskem postopku fuzije dve lahki jedri varovalka skupaj da nastane težje jedro. Na primer, dva atoma vodika se lahko združita in tvorita en devterij.
Izjemno visoka energija, običajno v obliki ekstremne vročine, ki ustvarja zelo visoke temperature, in pritisk je potreben za nagovor dveh močno pozitivna jedra, ki se običajno odbijejo v dovolj blizu prostora za nastanek fuzije, ki sprošča jedrsko energijo v proces.
Posledično se ta proces dogaja samo znotraj zvezd, kot je sonce, ki imajo v jedru naravni fuzijski reaktor. Človeštvo lahko začasno ustvari pogoje za jedrsko fuzijo, na primer z vodikovo bombo, vendar vzdrževanje tako visokih temperatur, ki so potrebne za nadzorovano, stalno reakcijo na uporabo kot vir energije, še ni mogoče.
Ko se jedrska fuzija začne, pa se lahko nadaljuje samozadostno verižna reakcija. To je zato, ker manjši atomi z maso do železa na periodnem sistemu dajo več energije, ko se zlijejo, kot je potrebno za njihovo spajanje (eksotermna reakcija). Kot taka je jedrska fuzija proces, pri katerem večina zvezd oddaja energijo.
Kaj je jedrska fisija?
Cepitev, ki jo lahko definiramo kot dejanje nečesa na dele, je nasprotje fuziji.
Pri jedrski cepitvi se težko jedro razpade na lažja jedra. Do zloma pride, ko se nevtron zalomi v težko jedro in tako ustvari zelo radioaktivne in nestabilne stranske produkte, skupaj z več nevtroni, ki se še naprej razgrajujejo v jedrski verižni reakciji.
Energija, ki se sprosti iz jedrske cepitve, je milijonekrat učinkovitejša od tiste, ki se sprosti pri sežiganju enakovredne mase premoga. Za razliko od fuzijskih reakcij je cepitvene reakcije v jedrskih reaktorjih razmeroma enostavno sprožiti in nadzorovati, zaradi česar so zelo razširjen vir energije.
Primeri fisije in fuzije
- Jedrski reaktorji: Inženirji za začetek običajno uporabljajo plutonij ali uran cepitvena reakcija, nadzor hitrosti z vodo in palicami nereaktivnega materiala, ki absorbirajo proste nevtrone. Energija, ki se sprosti v cepitvenih reakcijah, segreva vodo in nastala para pretvori turbine, ki proizvajajo električno energijo za človeško uporabo.
- Atomske bombe: Reakcije jedrske cepitve pojavljajo v atomskih bombah. Za razliko od jedrske elektrarne reakcija ni nadzorovana, kar omogoča hitro verižno reakcijo, ki povzroči sprostitev neverjetnih energij naenkrat. Edini način, da lahko ljudje na Zemlji ustvarijo pogoje, potrebne za fuzijo, pravo temperaturo z dovolj mase, razbito skupaj pri dovolj visokem tlaku, je sprožitev cepitve z bombo.
- Radioaktivni razpad: Jedrska fisija se pojavi tudi pri radioaktivnem razpadu, ko element spontano oddaja energijo v obliki delcev. Razpolovni čas radioaktivnega razpada ali čas, ko se polovica radioaktivnih jeder razgradi, je odvisen od splošne stabilnosti jedra. Naravni radioaktivni material na Zemlji na ta način nenehno prehaja v cepitvene reakcije.
- Jedro zvezd: Reakcije jedrske fuzije se pojavijo naravno pod močno temperaturo in pritiskom znotraj zvezde. To je osnova večine energije, ki jo oddajajo zvezde.
- Hladna fuzija: Hipotetičen način ustvarjanja jedrska fuzija pri "sobnih temperaturah", zaradi česar je vir energije, ki ga je ustvaril človek, hladna fuzija še nikoli ni bila uspešno razvita.