Процесът на ядрен синтез. Реакции на ядрено делене и синтез

Известно е, че веществата се състоят от молекули и атоми. Атомът, от своя страна, съдържа ядро ​​и елементарни частици - електрони, протони и неутрони. Взаимодействието на атомните ядра помежду си генерира ядрени реакции на делене и сливане. Тези процеси водят до освобождаване или усвояване на големи количества енергия.

История на откриването

Процесът на ядрена реакция за първи път е наблюдаван от Ръдърфорд през 1919 година. С помощта на специално устройство - камерата на Уилсън - бяха направени снимки на тези реакции.

Двадесет години по-късно ядреното делене на уран е открито за първи път в Германия. Този процес се нарича ядрен разпад. Въз основа на това явление първият ядрен реактор е построен през 1942 година.

Обратният процес на разпад се нарича реакция на ядрен синтез. Тъй като тежките ядра в този случай се формират в резултат на топлинно движение, процесът се нарича термоядрен синтез.

Същността на процеса

Процесът на ядрен синтез е както следва. Два или повече атомни ядра са сближени. Между тях възниква взаимодействие, което преобладава над т. Нар. Кулонски сили на отблъскване. Това взаимодействие води до образуването на нови, по-тежки ядра. Значително количество енергия се освобождава по време на създаването на ядрото Тази енергия впоследствие се използва от човека.

Гориво за реакция

Тежките изотопи на водорода - деутерий и тритий - най-често се използват за ядрен синтез. Те изискват по-малко енергия за провеждане на реакцията в сравнение с енергията, отделена по време на процеса на синтез. По принцип, за синтеза могат да се използват други видове горива, например деутерий и хелий-3, деутериеви моно-горива и други.

Така наречените "неутронни" реакции (например, с хелий) са по-обещаващи, тъй като в противен случай неутронният поток отвежда част от енергията на реакцията. В допълнение, "неутронни" реакции са по-малко благоприятни за радиоактивно замърсяване.

Условия на реакцията

За да може процесът на ядрен синтез да продължи правилно, трябва да бъдат изпълнени две условия.

1. Реагентът трябва да бъде загрят до най-високите температури. Само достатъчно количество енергия води до процес на ядрени сблъсъци.
2. Топлинната изолация на реакцията е второто необходимо условие: температурата на загрятата смес трябва да се поддържа постоянна по време на цялата продължителност на реакцията.

Термоядрен реактор

Устройство за провеждане на ядрен синтез е термоядрен реактор. Неговата основна цел е да осигури постоянството на оптималните условия за реакцията. Продукцията трябва да бъде повече енергия, отколкото е необходима за реакцията.

Въпреки факта, че процесът на синтез на атомни ядра е изследван в продължение на няколко десетилетия, термоядрен реактор е все още само проект. Спазването на условията за възникване на ядрени реакции е постижимо досега само в лабораторни условия.

Най-обещаващият проект за термоядрен реактор в момента е ITER-ITER (Международен термоядрен експериментален реактор).

Строителството на площадката за реактора започна през 2007 г. Тя ще се намира във Франция, в изследователския център Cadarache. Краят на строителството първоначално беше планиран за 2016 г., но финансовите разходи бяха по-високи от очакваното. В момента годината на отваряне на реактора се нарича 2025 година.

Термоядрен реактор - международен проект. В изграждането му участват страните от ЕС, Русия, Индия, Китай, САЩ, Япония и др.

Студен ядрен синтез

Както вече беше отбелязано, термоядрените реакции са възможни само когато са изложени на високи температури. По този начин потреблението на енергия за тяхното изпълнение е доста съществено. Това доведе до спекулации относно студения ядрен синтез (CNF).

Теоретично, NSF е процес, при който ядреният синтез ще бъде осигурен не под въздействието на екстремни температури, а при нормални термични условия, например при стайна температура.

От 1989 г. насам редовно се съобщава, че научна група е успяла да проведе реакция на студен синтез. В момента обаче всички тези изявления бяха ненадеждни.

За първи път подобно изявление направиха учени от Университета в Юта (САЩ) - Флейшман и Понс. Те съобщиха, че могат да проведат реакцията при стайна температура. Експериментално потвърждение на думите им не беше разкрито.

В бъдеще няколко други учени обявиха сензационно откритие, но всеки път информацията не беше потвърдена научно. Към днешна дата реакцията на студения ядрен синтез остава перспективна перспектива.

Термоядрени процеси в пространството

Процесите на ядрен синтез играят огромна роля в еволюцията на Вселената. Слънцето и звездите са гигантски термоядрени реактори. Под въздействието на високи температури се среща сливането на ядрата на водородните атоми и се появява хелий. Неговите ядра също се сливат, образувайки нови елементи. Реакциите продължават милиони години, докато цялата звездна материя не бъде изгорена. По време на тези процеси се генерира голямо количество енергия. Именно енергията на Слънцето дава живот на Земята.

Използване на ядрени реакции

Енергията от ядрен синтез и ядрен разпад е от първостепенно значение за човечеството. Резултатите от реакциите се прилагат в различни области на дейност. По-долу са някои от тях.

1. Енергетиката. Основната последица от ядрените реакции е отделянето на енергия. Ето защо в областта на енергетиката те откриха основното приложение. Ядрените реакции изискват сравнително малко количество гориво, а енергията, произведена по време на процеса, е огромна. По-специално, Земята съдържа голямо количество уран, който е един от основните източници на ядрено гориво. Ядрената енергия се използва в атомните електроцентрали, ядрените подводници и ледоразбивачите. В бъдеще ядреното гориво може да се използва за космически кораби.
2. Medicine. Ядрените реакции могат да се използват в такива области на медицината като кардиология, онкология и неврология. Радиоизотопите се използват широко в диагностиката. Радиоактивните елементи са част от някои лекарства. Методът на брахитерапията се използва за доставяне на малък източник на радиация към болния орган, за да се унищожат патологичните структури. Лъчева терапия понякога се нарича и ядрена медицина.
3. Създаване на нови химични елементи. Ядрените реакции водят до появата на нови елементи, които заемат своето място в периодичната система.
4. Оръжейна. Използването на ядрен разпад и ядрен синтез във военната сфера е двусмислено. Създаването на ядрени оръжия може да доведе до сериозни последствия за цялото човечество.
   

Ядрена заплаха

През 1945 г. светът беше шокиран от трагедията на японските градове Хирошима и Нагасаки. Правителството на САЩ пусна две атомни бомби върху Япония, като се позова на желанието да се сложи край на Втората световна война.

Последствията от това събитие бяха шокиращи. Атомната бомба доказа своята ефективност, почти напълно унищожавайки и двата града. Силата на експлозиите беше огромна. По време на военните години вече бяха проведени редица тестове на ядрени оръжия, но за първи път бяха използвани срещу населението.

Атомната експлозия не само отнема голям брой животи. Оцелелите след отпадането на бомбата почувстваха ужасните последици след няколко години. Радиацията доведе до появата на лъчева болест - болест, която се проявява не само при хора, които са били близо до експлозията, но и при деца, които по-късно са родени от тези хора.

Атомните експлозии водят до големи емисии на йонизиращи лъчения. Радиацията е в състояние да запази своите йонизиращи свойства в продължение на десетки и стотици години, разпространявайки се в атмосферата, замърсявайки водата, падайки като валежи.

Ядрените оръжия са сериозна заплаха. Надпреварата във въоръжаването, която продължи почти цялата втора половина на 20-ти век, постави планетата пред възможността за трета световна война. В момента много страни имат ядрени оръжия, застрашаващи живота на цялото човечество.

Не само ядрените оръжия могат да бъдат опасни. Обектите на мирни цели също могат да доведат до тъжни последствия с липса на контрол. Трагедията в Чернобилската атомна електроцентрала през 1976 г. ясно показва какво може да се случи, ако подценявате ядрената енергия.

Реакциите на ядрен синтез и ядрен разпад са важни постижения на науката. Открития в тази област могат да бъдат използвани както за зло, така и за добро. Правилното отношение към ядрените процеси позволява минимизиране на рисковете от използване на атомния потенциал.