Proces nuklearne fuzije. Reakcije nuklearne fisije i fuzije

Poznato je da se tvari sastoje od molekula i atoma. Atom zauzvrat sadrži jezgru i elementarne čestice - elektrone, protone i neutrone. Interakcija atomskih jezgri međusobno generira nuklearne fisije i fuzijske reakcije. Ti procesi dovode do oslobađanja ili apsorpcije velikih količina energije.

Povijest otkrića

Proces nuklearne reakcije prvi je puta opazio Rutherford 1919. Uz pomoć posebnog uređaja - Wilsonove kamere - snimljene su fotografije tih reakcija.

Dvadeset godina kasnije, nuklearna fisija urana prvi je put otkrivena u Njemačkoj. Taj se proces naziva nuklearnim propadanjem. Na temelju te pojave, 1942. godine izgrađen je prvi nuklearni reaktor.

Obrnuti proces raspadanja naziva se reakcija nuklearne fuzije. Budući da se teške jezgre u ovom slučaju formiraju zbog toplinskog gibanja, proces se naziva termonuklearna fuzija.

Suština procesa

Proces nuklearne fuzije je sljedeći. Dva ili više atomskih jezgri se približavaju. Između njih nastaje interakcija koja prevladava nad tzv. Coulombovim silama odbijanja. Ta interakcija dovodi do stvaranja novih, težih jezgri. U vrijeme stvaranja jezgre oslobađa se značajna količina energije. Ovu energiju kasnije koristi čovjek.

Reakcijska goriva

Za nuklearnu fuziju najčešće se koriste teški izotopi vodika - deuterij i tritij. Oni zahtijevaju manje energije za provođenje reakcije u usporedbi s energijom koja se oslobađa tijekom procesa fuzije. U načelu se za sintezu mogu koristiti i druge vrste goriva, na primjer deuterij i helij-3, deuterijev monofuel i drugi.

Takozvane "neutronske" reakcije (na primjer, s helijem) su više obećavajuće, jer inače neutronski tok odvodi dio energije iz reakcije. Osim toga, reakcije bez neutrona manje su pogodne za radioaktivno onečišćenje.

Uvjeti reakcije

Da bi proces nuklearne fuzije bio ispravan, moraju se ispuniti dva uvjeta.

1. Reaktant se mora zagrijati do najviših temperatura. Samo dovoljna količina energije dovodi do procesa nuklearnih sudara.
2. Toplinska izolacija reakcije je drugi nužni uvjet: temperatura zagrijane smjese mora biti konstantna tijekom cijelog trajanja reakcije.

Termonuklearni reaktor

Uređaj za provođenje nuklearne fuzije je fuzijski reaktor. Njegova glavna svrha je osigurati stalnost optimalnih uvjeta reakcije. Izlaz treba biti više energije nego što je potrebno za reakciju.

Unatoč činjenici da je proces fuzije atomskih jezgri proučavan već nekoliko desetljeća, termonuklearni reaktor je još uvijek samo projekt. Usklađenost s uvjetima za pojavu nuklearnih reakcija do sada se može postići samo u laboratorijskim uvjetima.

Projekt koji najviše obećava fuzijski reaktor trenutno je ITER-ITER (Međunarodni termonuklearni eksperimentalni reaktor).

Izgradnja lokacije za reaktor započela je 2007. godine. Nalazi se u Francuskoj, u istraživačkom centru Cadarache. Kraj izgradnje prvotno je bio planiran za 2016. godinu, ali su financijski troškovi bili veći od očekivanog. U ovom trenutku, godina otvaranja reaktora navodno se naziva 2025.

Termonuklearni reaktor - međunarodni projekt. U izgradnji sudjeluju zemlje EU, Rusija, Indija, Kina, SAD, Japan i drugi.

Hladna nuklearna fuzija

Kao što je već navedeno, termonuklearne reakcije su izvedive samo kada su izložene visokim temperaturama. Dakle, potrošnja energije za njihovu provedbu je prilično velika. To je dovelo do nagađanja o hladnoj nuklearnoj fuziji (CNF).

Teoretski, NSF je proces u kojem bi se nuklearna fuzija pružala ne pod utjecajem ekstremnih temperatura, već pod normalnim toplinskim uvjetima, na primjer, na sobnoj temperaturi.

Od 1989. redovito se izvješćuje da je znanstvena skupina uspjela provesti reakciju hladne fuzije. Međutim, u ovom trenutku sve su te izjave bile nepouzdane.

Po prvi put takvu su izjavu dali znanstvenici sa Sveučilišta Utah (SAD) - Fleischman i Pons. Najavili su da su mogli provesti reakciju na sobnoj temperaturi. Eksperimentalna potvrda njihovih riječi nije otkrivena.

U budućnosti, nekoliko drugih znanstvenika proglasilo je senzacionalno otkriće, ali svaki put ta informacija nije znanstveno potvrđena. Do danas je reakcija hladne nuklearne fuzije i dalje dobrodošla perspektiva.

Termonuklearni procesi u prostoru

Procesi nuklearne fuzije igraju veliku ulogu u evoluciji svemira. Sunce i zvijezde su gigantski termonuklearni reaktori. Pod utjecajem visokih temperatura u njima se odvija fuzija jezgri atoma vodika i pojavljuje se helij. Njezine se jezgre također spajaju, tvoreći nove elemente. Reakcije traju milijune godina, sve dok sva zvjezdana tvar nije izgorjela. Tijekom tih procesa stvara se velika količina energije. Energija Sunca dala je život Zemlji.

Primjena nuklearnih reakcija

Energija nuklearne fuzije i nuklearnog propadanja od najveće je važnosti za čovječanstvo. Rezultati reakcija primjenjuju se u različitim područjima djelovanja. Ovdje su neke od njih.

1. Energetska. Glavna posljedica nuklearnih reakcija je oslobađanje energije. Stoga su u području energije pronašli glavnu primjenu. Nuklearne reakcije zahtijevaju relativno malu količinu goriva, a energija proizvedena tijekom procesa je ogromna. Konkretno, Zemlja sadrži veliku količinu uranija, koji je jedan od glavnih izvora nuklearnog goriva. Nuklearna energija se koristi u nuklearnim elektranama, nuklearnim podmornicama i ledolomcima. U budućnosti se nuklearno gorivo može koristiti na svemirskim letjelicama.
2. Medicina. Nuklearne reakcije mogu se koristiti u područjima medicine kao što su kardiologija, onkologija i neurologija. Radioizotopi su široko korišteni u dijagnostici. Radioaktivni elementi dio su nekih lijekova. Metoda brahiterapije koristi se za isporuku malog izvora zračenja bolesnom organu kako bi se uništile patološke strukture. Radioterapija se također ponekad naziva nuklearna medicina.
3. Stvaranje novih kemijskih elemenata. Nuklearne reakcije dovode do pojave novih elemenata koji zauzimaju svoje mjesto u periodičnom sustavu.
4. Naoružanje. Korištenje nuklearne fisije i nuklearne fuzije u vojnoj sferi je dvosmisleno. Stvaranje nuklearnog oružja može dovesti do ozbiljnih posljedica za cijelo čovječanstvo.
   

Nuklearna prijetnja

Godine 1945. svijet je bio šokiran tragedijom japanskih gradova Hirošima i Nagasaki. Vlada Sjedinjenih Država odbacila je dvije atomske bombe na Japan, navodeći želju da se okonča Drugi svjetski rat.

Posljedice ovog događaja bile su šokantne. Atomska bomba dokazala je svoju učinkovitost, gotovo potpuno uništavajući oba grada. Snaga eksplozija bila je ogromna. Tijekom ratnih godina već je proveden niz ispitivanja nuklearnog oružja, ali je prvi put korišten protiv stanovništva.

Atomska eksplozija nije samo odnijela ogroman broj života. Preživjeli nakon pada bombe osjetili su strašne posljedice nakon nekoliko godina. Zračenje je dovelo do pojave radijacijske bolesti - bolesti koja se manifestirala ne samo kod ljudi koji su bili blizu eksplozije, već i kod djece koja su kasnije rođena tim ljudima.

Atomske eksplozije dovode do velikih emisija ionizirajućeg zračenja. Zračenje može zadržati svojstva ioniziranja desetinama i stotinama godina, šireći se atmosferom, zagađujući vodu, padajući kao padaline.

Nuklearno oružje je ozbiljna prijetnja. Utrka naoružanja, koja je trajala gotovo cijelu drugu polovicu 20. stoljeća, stavila je planet ispred mogućnosti Trećeg svjetskog rata. Trenutno mnoge zemlje imaju nuklearno oružje koje ugrožava živote čitavog čovječanstva.

Ne samo da nuklearno oružje može biti opasno. Objekti miroljubive svrhe također mogu dovesti do tužnih posljedica s nedostatkom kontrole. Tragedija u nuklearnoj elektrani Černobil 1976. jasno pokazuje što se može dogoditi ako podcjenjujete nuklearnu energiju.

Reakcije nuklearne fuzije i nuklearnog raspada važna su dostignuća znanosti. Otkrića u ovom području mogu se koristiti i za zlo i za dobro. Pravilan odnos prema nuklearnim procesima omogućuje minimiziranje rizika korištenja atomskog potencijala.