Πυρηνική σύντηξη

Συγγραφέας: Leandro Alegsa Ημερομηνία δημιουργίας: 20 Ιουνίου 2021 Τελευταία ενημέρωση: 2 Δεκεμβρίου 2

Η πυρηνική σύντηξη είναι η διαδικασία δημιουργίας ενός ενιαίου βαρέως πυρήνα (μέρος ενός ατόμου) από δύο ελαφρύτερους πυρήνες. Η διαδικασία αυτή ονομάζεται πυρηνική αντίδραση. Απελευθερώνει μεγάλη ποσότητα ενέργειας.

Ο πυρήνας που δημιουργείται από τη σύντηξη είναι βαρύτερος από οποιονδήποτε από τους αρχικούς πυρήνες. Ωστόσο, δεν είναι τόσο βαρύς όσο ο συνδυασμός της αρχικής μάζας των αρχικών πυρήνων (ατόμων). Αυτή η χαμένη μάζα μετατρέπεται σε πολλή ενέργεια. Αυτό φαίνεται στην περίφημη εξίσωση E=mc2 του Αϊνστάιν.

Η σύντηξη συμβαίνει στο κέντρο των άστρων, όπως ο Ήλιος. Τα άτομα υδρογόνου συντήκονται για να δημιουργήσουν ήλιο. Αυτό απελευθερώνει πολλή ενέργεια. Αυτή η ενέργεια τροφοδοτεί τη θερμότητα και το φως του άστρου. Δεν μπορούν να ενωθούν όλα τα στοιχεία. Τα βαρύτερα στοιχεία ενώνονται λιγότερο εύκολα από τα ελαφρύτερα. Ο σίδηρος (ένα μέταλλο) δεν μπορεί να συνενωθεί με άλλα άτομα. Αυτό είναι που προκαλεί το θάνατο των άστρων. Τα αστέρια ενώνουν όλα τα άτομά τους για να φτιάξουν βαρύτερα άτομα διαφόρων τύπων, μέχρι που αρχίζουν να φτιάχνουν σίδηρο. Ο πυρήνας του σιδήρου δεν μπορεί να συγχωνευτεί με άλλους πυρήνες. Οι αντιδράσεις σταματούν. Το αστέρι τελικά ψύχεται και πεθαίνει.

Στη Γη είναι πολύ δύσκολο να ξεκινήσουν αντιδράσεις πυρηνικής σύντηξης που απελευθερώνουν περισσότερη ενέργεια από όση απαιτείται για την έναρξη της αντίδρασης. Ο λόγος είναι ότι οι αντιδράσεις σύντηξης συμβαίνουν μόνο σε υψηλή θερμοκρασία και πίεση, όπως στον Ήλιο, επειδή και οι δύο πυρήνες έχουν θετικό φορτίο και το θετικό απωθεί το θετικό. Ο μόνος τρόπος για να σταματήσει η απώθηση είναι να κάνουμε τους πυρήνες να χτυπηθούν μεταξύ τους με πολύ υψηλές ταχύτητες. Αυτό συμβαίνει μόνο σε υψηλή πίεση και θερμοκρασία. Η μόνη επιτυχής προσέγγιση μέχρι στιγμής ήταν τα πυρηνικά όπλα. Η βόμβα υδρογόνου χρησιμοποιεί μια ατομική βόμβα (σχάσης) για να ξεκινήσει αντιδράσεις σύντηξης. Οι επιστήμονες και οι μηχανικοί προσπαθούν εδώ και δεκαετίες να βρουν έναν ασφαλή και λειτουργικό τρόπο ελέγχου και περιορισμού των αντιδράσεων σύντηξης για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας. Έχουν ακόμη πολλές προκλήσεις να ξεπεράσουν προτού η ενέργεια σύντηξης χρησιμοποιηθεί ως καθαρή πηγή ενέργειας.

Ο Ήλιος παράγει την ενέργειά του με πυρηνική σύντηξη πυρήνων υδρογόνου σε ήλιο. Στον πυρήνα του, ο Ήλιος συντήκει 620 εκατομμύρια τόνους υδρογόνου κάθε δευτερόλεπτο.

Για την απελευθέρωση της ενέργειας σύντηξης χρησιμοποιείται η αντίδραση σύντηξης υδρογόνου-δετερίου-τριτίου (D-T).

Μια εκδοχή του περιοδικού πίνακα που δείχνει την προέλευση - συμπεριλαμβανομένης της αστρικής νουκλεοσύνθεσης - των στοιχείων. Τα στοιχεία άνω του 94 είναι τεχνητά και δεν περιλαμβάνονται.

Ερωτήσεις και απαντήσεις

Ερ: Τι είναι η πυρηνική σύντηξη;

Α: Η πυρηνική σύντηξη είναι η διαδικασία δημιουργίας ενός μόνο βαρέως πυρήνα (μέρος ενός ατόμου) από δύο ελαφρύτερους πυρήνες. Η διαδικασία αυτή ονομάζεται πυρηνική αντίδραση και απελευθερώνει μεγάλη ποσότητα ενέργειας.

Ερ: Πώς λειτουργεί αυτή η διαδικασία;

Α: Ο πυρήνας που δημιουργείται από τη σύντηξη είναι βαρύτερος από οποιονδήποτε από τους αρχικούς πυρήνες, αλλά όχι τόσο βαρύς όσο ο συνδυασμός της αρχικής τους μάζας. Αυτή η χαμένη μάζα μετατρέπεται σε πολλή ενέργεια, η οποία φαίνεται στην περίφημη εξίσωση E=mc2 του Αϊνστάιν.

Ερ: Πού συμβαίνει αυτή η διαδικασία;

Α: Η σύντηξη συμβαίνει στο κέντρο των άστρων, όπως ο Ήλιος μας, όπου τα άτομα υδρογόνου συντήκονται για να δημιουργήσουν ήλιο και να απελευθερώσουν πολλή ενέργεια που τροφοδοτεί τη θερμότητα και το φως του.

Ερ: Όλα τα στοιχεία μπορούν να ενωθούν μέσω σύντηξης;

Α: Όχι, τα βαρύτερα στοιχεία ενώνονται λιγότερο εύκολα από τα ελαφρύτερα και ο σίδηρος (ένα μέταλλο) δεν μπορεί να συντηρηθεί καθόλου με άλλα άτομα. Αυτό είναι που προκαλεί το θάνατο των άστρων όταν ενώνονται όλα τα άτομά τους για να δημιουργήσουν βαρύτερα άτομα, μέχρι που αρχίζουν να δημιουργούν σίδηρο, ο οποίος δεν μπορεί πλέον να συγχωνευθεί.

Ερ: Είναι εύκολο να ξεκινήσουν αντιδράσεις πυρηνικής σύντηξης στη Γη;

Α: Όχι, είναι πολύ δύσκολο, διότι αυτές οι αντιδράσεις συμβαίνουν μόνο σε υψηλές θερμοκρασίες και πιέσεις όπως στον Ήλιο, λόγω του ότι και οι δύο πυρήνες έχουν θετικά φορτία που απωθούνται μεταξύ τους, οπότε πρέπει να χτυπηθούν με πολύ υψηλές ταχύτητες για να συντηρηθούν επιτυχώς.

Ερ: Έχει επιτύχει κανείς να ελέγξει ή να περιορίσει αυτές τις αντιδράσεις για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας;

Α: Όχι ακόμη - οι επιστήμονες και οι μηχανικοί προσπαθούν εδώ και δεκαετίες, αλλά εξακολουθούν να υπάρχουν πολλές προκλήσεις προτού η ενέργεια σύντηξης χρησιμοποιηθεί ως καθαρή πηγή ενέργειας.

Ερ: Τι έχει επιτύχει μέχρι στιγμής όσον αφορά την πυρηνική σύντηξη;

Α: Η μόνη επιτυχής προσέγγιση μέχρι στιγμής ήταν στα πυρηνικά όπλα, όπου η βόμβα υδρογόνου χρησιμοποιεί μια ατομική βόμβα (σχάσης) για να ξεκινήσει η αντίδραση.