Процес нуклеарне фузије. Реакције нуклеарне фисије и фузије

Познато је да се супстанце састоје од молекула и атома. Атом заузврат садржи језгро и елементарне честице - електроне, протоне и неутроне. Интеракција атомских језгара међусобно ствара реакције нуклеарне фисије и фузије. Ови процеси доводе до ослобађања или апсорпције великих количина енергије.

Историја открића

Процес нуклеарне реакције је први пут приметио Рутхерфорд 1919. Уз помоћ посебног уређаја - камере Вилсона - снимљене су фотографије ових реакција.

Двадесет година касније, нуклеарна фисија урана је први пут откривена у Немачкој. Овај процес се назива нуклеарни распад. На основу овог феномена, први нуклеарни реактор саграђен је 1942. године.

Реверзни процес распадања назива се реакција нуклеарне фузије. Пошто се тешка језгра у овом случају формирају услед топлотног кретања, процес се назива термонуклеарна фузија.

Суштина процеса

Процес нуклеарне фузије је следећи. Два или више атомских језгара се приближавају. Између њих настаје интеракција, која превладава над такозваним силама кулонског одбијања. Ова интеракција доводи до формирања нових, тешких језгара. У време стварања језгра ослобађа се значајна количина енергије. Ову енергију касније користи човек.

Реацтион Фуел

Тешки изотопи водоника - деутериј и тритиј - најчешће се користе за нуклеарну фузију. Они захтевају мање енергије за спровођење реакције у поређењу са енергијом ослобођеном током процеса фузије. У принципу, за синтезу се могу користити и друге врсте горива, на пример, деутеријум и хелиј-3, деутеријум монофуел и др.

Такозване "неутронске" реакције (на пример, са хелијумом) су више обећавајуће, јер иначе неутронски ток одводи део енергије из реакције. Осим тога, реакције "без неутрона" мање доприносе радиоактивној контаминацији.

Реакциони услови

Да би процес нуклеарне фузије био исправан, морају се испунити два услова.

1. Реактант се мора загрејати до највиших температура. Само довољна количина енергије доводи до процеса нуклеарних судара.
2. Топлотна изолација реакције је други неопходни услов: температура загрејане мешавине мора бити константна током трајања реакције.

Термонуклеарни реактор

Уређај за провођење нуклеарне фузије је фузиони реактор. Његова главна сврха је да осигура постојаност оптималних услова за реакцију. Излаз треба да буде више енергије него што је потребно за реакцију.

Упркос чињеници да је процес фузије атомских језгара проучаван већ неколико деценија, термонуклеарни реактор је још увек само пројекат. Усклађеност са условима за појаву нуклеарних реакција се може постићи само у лабораторијским условима.

Тренутно најперспективнији пројект фузионог реактора је ИТЕР-ИТЕР (Међународни термонуклеарни експериментални реактор).

Изградња локације за реактор почела је 2007. године. Биће лоциран у Француској, у истраживачком центру Цадарацхе. Крај изградње је првобитно био планиран за 2016. годину, али су финансијски трошкови били већи од очекиваног. Тренутно је година отварања реактора наводно названа 2025.

Термонуклеарни реактор - међународни пројекат. У њеној изградњи учествују земље ЕУ, Русија, Индија, Кина, САД, Јапан и други.

Хладна нуклеарна фузија

Као што је већ напоменуто, термонуклеарне реакције су изводљиве само када су изложене високим температурама. Дакле, потрошња енергије за њихову имплементацију је прилично велика. То је довело до спекулација о хладној нуклеарној фузији (ЦНФ).

Теоретски, НСФ је процес у којем би се нуклеарна фузија обезбедила не под утицајем екстремних температура, већ под нормалним термичким условима, на пример, на собној температури.

Од 1989. године редовно се извештава да је научна група успела да спроведе реакцију хладне фузије. Међутим, у овом тренутку све ове изјаве су биле непоуздане.

Први пут су такву изјаву дали научници са Универзитета Утах (САД) - Флеисцхман и Понс. Они су најавили да могу да изврше реакцију на собној температури. Експериментална потврда њихових речи није откривена.

У будућности, неколико других научника прогласило је сензационално откриће, али сваки пут та информација није знанствено потврђена. До данас, реакција хладне нуклеарне фузије остаје добродошла перспектива.

Термонуклеарни процеси у простору

Процеси нуклеарне фузије играју велику улогу у еволуцији Универзума. Сунце и звезде су гигантски термонуклеарни реактори. Под утицајем високих температура јавља се фузија језгара атома водоника, а појављује се хелијум. Његове језгре се такође стапају, формирајући нове елементе. Реакције трају милионима година, док све звездане материје не изгоре. Током ових процеса настаје велика количина енергије. Енергија Сунца је дала живот Земљи.

Коришћење нуклеарних реакција

Енергија нуклеарне фузије и нуклеарног пропадања је од највеће важности за човечанство. Резултати реакција примењују се у различитим областима активности. Испод су неке од њих.

1. Енергија. Главна последица нуклеарних реакција је ослобађање енергије. Стога су у области енергетике пронашли главну апликацију. Нуклеарне реакције захтевају релативно малу количину горива, а енергија произведена током процеса је огромна. Нарочито, Земља садржи велику количину уранијума, који је један од главних извора нуклеарног горива. Нуклеарна енергија се користи у нуклеарним електранама, нуклеарним подморницама и ледоломцима. У будућности, нуклеарно гориво се може користити на свемирским летелицама.
2. Медицине Нуклеарне реакције могу се користити у областима медицине као што су кардиологија, онкологија и неурологија. Радиоизотопи се широко користе у дијагностици. Радиоактивни елементи су дио неких лијекова. Метода брахитерапије се користи за испоруку малог извора зрачења болесном органу како би се уништиле патолошке структуре. Радиотерапија се понекад назива и нуклеарна медицина.
3. Стварање нових хемијских елемената. Нуклеарне реакције доводе до појаве нових елемената који заузимају своје место у периодичном систему.
4. Наоружање. Употреба нуклеарне фисије и нуклеарне фузије у војној сфери је двосмислена. Стварање нуклеарног оружја може довести до озбиљних посљедица за цијело човјечанство.
   

Нуклеарна опасност

Године 1945, свет је био шокиран трагедијом јапанских градова Хирошима и Нагасаки. Влада Сједињених Држава бацила је двије атомске бомбе на Јапан, наводећи жељу да се оконча Други свјетски рат.

Последице овог догађаја су биле шокантне. Атомска бомба доказала је своју ефикасност, готово потпуно уништавајући оба града. Снага експлозија била је огромна. Током ратних година већ је спроведен низ тестова нуклеарног оружја, али је први пут коришћен против становништва.

Атомска експлозија није само одузела огроман број живота. Преживјели након пада бомбе осјетили су страшне посљедице након неколико година. Радијација је довела до појаве радијацијске болести - болести која се манифестовала не само код људи који су били близу експлозије, већ и код дјеце која су касније рођена овим људима.

Атомске експлозије доводе до великих емисија јонизујућег зрачења. Радијација је у стању да одржи своја јонизујућа својства на десетине и стотине година, ширећи се атмосфером, загађујући воду, падајући као падавине.

Нуклеарно оружје је озбиљна претња. Трка наоружања, која је трајала скоро читаву другу половину 20. века, ставила је планету пред могућност трећег светског рата. Тренутно многе земље имају нуклеарно оружје које угрожава животе читавог човјечанства.

Не само да нуклеарно оружје може бити опасно. Предмети мирољубивог циља такође могу довести до тужних посљедица са недостатком контроле. Трагедија у нуклеарној електрани Чернобила 1976. јасно показује шта се може догодити ако подцјењујете нуклеарну енергију.

Реакције нуклеарне фузије и нуклеарног пропадања су важна достигнућа науке. Открића у овој области могу се користити и за зло и за добро. Правилан однос према нуклеарним процесима омогућава минимизирање ризика од употребе атомског потенцијала.