Kakšna je razlika med jedrsko fuzijo in fisijo?

Jedrska fuzija in cepitev sta naravna fizična procesa, ki sproščata energijo kot rezultat interakcije med atomi. Te energije so veliko večje kot pri kemičnih reakcijah. Medtem ko sta fuzija in cepitev naravna pojava, brez katerih življenje na zemlji ne bi moglo obstajati, je uporaba teh sil, ki jih je ustvaril človek, tista, ki največkrat pritegne pozornost. Uporaba ali zloraba jedrske energije je začela opredeljevati velik del našega sodobnega sveta in v enaki meri ustvarjati obetavne in grožnje.

Kaj je jedrska fisija

Preprosto povedano, jedrska cepitev je cepitev atoma na dva ali več atomov z nižjo atomsko maso. Ko je skupna masa manjših atomov manjša od mase prvotnega atoma, se razlika v masi pretvori v energijo. Kot nas je Einstein naučil s svojo znamenito enačbo E=mc2, se bo majhna količina mase pretvorila v veliko količino energije. To je posledica ogromnega energijskega potenciala, ki je vezan v atomskem jedru.

naloži oddaj amazon

Jedrska fisija v naravi

Jedrska cepitev poteka naravno ves čas. Težki elementi, kot sta uran in torij, so nenehno podvrženi počasnemu, spontanemu cepljenju, ki ustvarja radioaktivnost in toploto. Ta toplota segreje skorjo planeta in staljeno jedro. Vrtljivo jedro ustvarja magnetno polje, ki ščiti vse življenje pred smrtonosnim kozmičnim in sončnim sevanjem. Toplota zaradi radioaktivnega razpada naj bi poganjala tudi tektoniko plošč.

Zgodnja atomska fizika

Leta 1913 je danski znanstvenik Niels Bohr konceptualiziral atom kot nekakšen miniaturni sončni sistem z elektroni, ki krožijo okoli jedra na določenih lokacijah, ki jih je opisal kot lupine. Ko se je elektron premikal med lupinami, je bilo sevanje bodisi oddano bodisi absorbirano. V dvajsetih in tridesetih letih prejšnjega stoletja so bili izvedeni številni poskusi za nadaljnje raziskovanje in izboljšanje atomskega modela.

Projekt Manhattan

Z spoznanjem, da lahko bombardiranje jedra težkega atoma z energijskimi delci sproži verižno reakcijo, je možnost bombe postala realna. Združene države so začele projekt Manhattan, ki je dosegel vrhunec z odvrženjem atomske bombe na japonski mesti Hirošimo in Nagasaki.

Uporaba jedrske fisije za proizvodnjo energije

Čeprav je bil destruktivni potencial reakcije cepitve jasen, je bilo za prihodnost več obetavnih aplikacij. Kot vir energije je bila jedrska energija milijone krat gostejša od običajnih goriv. Pozornost je bila usmerjena v načrtovanje komercialnih fisijskih reaktorjev. Prvi je bil na spletu v Shippingportu v Pensilvaniji leta 1957 in je lahko ustvaril 60 MWe.

Ravnanje z jedrskimi odpadki

Navdušenje za jedrsko energijo je povzročilo zagon na desetine reaktorjev v naslednjih desetletjih, ki so do leta 1990 dosegli vrhunec pri 107 reaktorjih v Združenih državah. Stranski produkti cepitve, zlasti visokoradioaktivni odpadki, bi lahko ostali nevarni več let. Jedrske nesreče, kot sta nesreča na otoku Three Mile leta 1979 in Černobil leta 1986, so pokazale, da celo napreden inženiring ne more ublažiti vseh tveganj, povezanih s proizvodnjo jedrske energije iz fisijskih virov.

Eden od možnih odgovorov na ta problem je bila jedrska fuzija. Teoretično bi fuzija lahko ustvarila še večje količine energije kot cepitev, ne da bi ustvarila nevarne odpadke.

ali lahko igraš switch lite na televiziji

Kaj je jedrska fuzija?

Jedrska fuzija je nasprotje cepitve, saj vključuje zlitje dveh ali več atomov skupaj, da nastane nov, težji element. Novonastali atom bo vseboval nekoliko manjšo maso od vsote atomov, ki so bili uporabljeni za njegovo ustvarjanje. Manjkajoča masa se pretvori v energijo. Izhodna energija fuzije je nekajkrat večja od tiste, dosežene v procesu cepitve. Medtem ko fuzija proizvaja nekatere radioaktivne stranske produkte, so v primerjavi s cepijo izjemno kratkotrajni.

Jedrska fuzija v naravi

Najbolj očiten naravni primer jedrske fuzije je naše Sonce. Ogromna toplota in gravitacija v središču Sonca povzročita, da se vodikovi elementi zlijejo skupaj v seriji zapletenih interakcij, da tvorijo helij, pri čemer nastanejo ogromne količine energije. Sonce je v tej fuziji vodika in helija že približno 4,5 milijarde let in naj bi se nadaljevalo še vsaj 5 milijard, preden bo zmanjkalo vodikovega goriva.

Prizadevanja za dosego jedrske fuzije

Doseganje trajnostne fuzijske reakcije je bila veliko bolj skalna pot kot prizadevanja za cepitev v štiridesetih letih prejšnjega stoletja. To je posledica temeljne ovire, s katero se inženirji soočajo, in sicer kako premagati elektrostatični odboj med atomi in jih prisiliti, da se zlijejo, ne da bi porabili več energije, kot jo pridobijo. V naravi se to doseže v režimu izredno visokih temperatur, na milijone stopinj. Po svetu je bilo porabljenih mnoga desetletja in milijarde dolarjev, še vedno pa ni jasno, kdaj, če sploh, bo delovala delujoča elektrarna za jedrsko fuzijo.

Prihodnost jedrske energije

V dobi ogljično nevtralnih virov energije bi lahko imela jedrska energija pomembno vlogo. Nove zasnove fisijskih reaktorjev lahko učinkovito ponovno predelajo radioaktivne odpadke in jih uporabijo za proizvodnjo več energije. Jedrska fuzija pa ostaja sveti gral proizvodnje energije. Če bo to mogoče doseči, bo naših energetskih skrbi konec.