Ділення і синтез - це два способи вивільнення енергії з атомних ядер за допомогою ядерної реакції. Різниця між ними полягає в процесі: один зливає атоми з меншими ядрами, сплавляючи їх, а інший розбиває їх на продукти поділу. У будь-якому випадку кількість задіяної енергії настільки велика, в мільйони разів більша, ніж від інших джерел енергії, що ці ядерні процеси відбуваються лише в конкретних умовах.
Що таке ядерний синтез?
Як дієслово, fuse є синонімом слова «об’єднати» або «змішати». З цього випливає, що в процесі ядерного синтезу два легких ядра запобіжник разом утворити важче ядро. Наприклад, два атоми водню можуть зливатися, утворюючи один дейтерій.
Надзвичайно висока енергія, зазвичай у формі екстремального тепла, що створює дуже високі температури, і тиск потрібен для того, щоб намовити дві сильно позитивні ядра, які, як правило, відштовхуються в досить близький простір для синтезу, виділяючи ядерну енергію в процес.
Як результат, цей процес відбувається лише всередині таких зірок, як Сонце, у яких в ядрах є природний реактор термоядерного синтезу. Людство може тимчасово створити умови для ядерного синтезу, наприклад, за допомогою водневої бомби, але підтримання таких високих температур, необхідних для контрольованої, постійної реакції на використання як джерела енергії, поки що немає можливо.
Однак, як тільки розпочнеться ядерний синтез, він може продовжуватись самостійно ланцюгова реакція. Це пояснюється тим, що менші атоми з масами до маси заліза в періодичній системі видають більше енергії при плавленні, ніж потрібно для їх злиття (екзотермічна реакція). Як такий, ядерний синтез - це процес, при якому більшість зірок віддають енергію.
Що таке ділення ядер?
Ділення, яке можна визначити як акт розщеплення чогось на частини, є протилежність синтезу.
При діленні ядра важке ядро розпадається на легші ядра. Поломка відбувається, коли нейтрон впадає у важке ядро, створюючи дуже радіоактивні та нестійкі побічні продукти, а також більше нейтронів, які продовжують руйнуватися в ланцюговій ядерній реакції.
Енергія, що виділяється при поділі ядер, у мільйони разів ефективніша, ніж енергія, що виділяється при спалюванні еквівалентної маси вугілля. На відміну від реакцій синтезу, реакції поділу відносно легко ініціювати та контролювати в ядерних реакторах, що робить їх широко розповсюдженим джерелом енергії.
Приклади ділення та синтезу
- Ядерні реактори: Інженери зазвичай використовують плутоній або уран для початку реакція ділення, контролюючи швидкість за допомогою води та стрижнів з нереактивного матеріалу, що поглинає вільні нейтрони. Енергія, що виділяється в реакціях ділення, нагріває воду, і утворюється пара перетворює турбіни, які виробляють електроенергію для використання людиною.
- Атомні бомби: Реакції ділення ядра трапляються в атомних бомбах. На відміну від атомної електростанції, реакція не контролюється, що забезпечує швидку ланцюгову реакцію, в результаті якої відразу вивільняються неймовірні енергії. Єдиний спосіб, як люди на Землі можуть створити умови, необхідні для термоядерного синтезу, правильної температури з достатньою масою, розбитою разом при досить високому тиску, - це ініціювання поділу бомбою.
- Радіоактивний розпад: Ядерний поділ також відбувається при радіоактивному розпаді, коли елемент спонтанно випромінює енергію у вигляді частинок. Період напіввиведення радіоактивного розпаду, або час, коли половина радіоактивних ядер у зразку розпадається, залежить від загальної стабільності ядра. Природний радіоактивний матеріал на Землі постійно зазнає реакцій поділу таким чином.
- Ядро зірок: Реакції ядерного синтезу відбуваються природним чином при інтенсивній температурі та тиску всередині зірки. Це основа більшості енергії, яку віддають зірки.
- Холодний синтез: гіпотетичний спосіб творити ядерний синтез при "кімнатній температурі", що робить його життєздатним джерелом енергії, створеним людиною, холодний синтез ніколи не був успішно розроблений.
