Ядерна енергія вивільнюється не тільки в ядерних реакціях поділу важких ядер, але й у реакціях з’єднання легких атомних ядер. Під час злиття легких ядер повинна виділятися значна енергія. Але для з’єднання однойменно заряджених протонів необхідно подолати кулонівські сили відштовхування, що можливо при досить великих швидкостях частинок, що зіштовхуються. Такі реакції злиття легких ядер можуть протікати тільки при дуже високих температурах. Тому вони називаються термоядерними.

Термоядерні реакції — це реакції злиття легких ядер при дуже високих температурах.

Необхідні умови для синтезу ядер Гелію із протонів є в надрах зір. На Землі термоядерна реакція синтезу здійснюється під час проведення експериментальних термоядерних вибухів.

Сучасна ядерна енергетика ґрунтується на реакціях розчеплення ядер важких металів – урану та плутонію, у результаті чого виділяється енергія. Це є основою ядерної енергетики. Але є й інший шлях – наприклад, на Сонці під час злиття легких ядер утворюються важчі. Коли зірка горить, спочатку утворюється велика хмара водню, пізніше ядра зливаються, робляться все важчими. Якщо зірка легка, то вона майже вся перетворюється на залізо. Білі карлики, які світяться на небі, – це зорі, а фактично великі розпечені залізяки, які вже перестали горіти, але ще багато мільйонів років будуть сяяти.

Насправді залізо – найбільш енергетично вигідний стан, у процесі досягнення якого виділяється чудова енергія, яка нас гріє. Колись і наше Сонце стане просто розпеченою залізякою. Але не хвилюйтеся, до того часу воно спалить нашу планету. Щоправда, це трапиться тільки через мільярди років.

Про фізику плазми

Сонце, міжзоряний газ, галактики – все це плазма. Колись фізики-плазмісти, любили хвалитися тим, що 95% речовини у Всесвіті є плазмою. Далі з’явилася темна енергія та темна матерія, і тепер дослідники припускають, що вони складають більшу частину всього.

Якщо ядра речовини зіштовхувати між собою, вони можуть злитися, відтак виділиться енергія. При зіткненні речовина повинна бути розігріта до сотні мільйонів градусів, а це означає, що вона перебуватиме у стані плазми. Така температура – поки що теоретична й існує лише на папері. Вийшло так, що спроба реалізувати на Землі реакцію ядерного синтезу стала колосальним поштовхом для фізики плазми.

Про три термоядерні реакції

Якщо брати термоядерну реакцію на Сонці, то у ній зливається водень та утворюється гелій. Гелій – абсолютно безпечний, це просто нейтральний газ. На жаль, реалізувати таку реакцію на Землі на нинішньому етапі буде важко.

Реакція, яку все ж вдасться швидко реалізувати, – дейтерію і тритію, важких ізотопів водню. Дейтерій є у «важкій» воді, її можна виділяти електролізом з природної, але все одно енергія синтезу ядер настільки висока, що виділення дейтерію з води цілком окупиться багато-багато разів. Тритію немає в природі (хоча зараз це все ж не зовсім правда, адже після ядерних випробувань в атмосфері з початку 1960-х років він у невеликій кількості є і в природі, ми його їмо, п’ємо, ним дихаємо). Тритій можна отримати, опромінюючи літій – метал, якого ми можемо видобути досить багато. Реакція горіння дейтерію і тритію має недолік – в ній утворюються нейтрони, які роблять радіоактивними елементи конструкції реактора. Тому це не буде абсолютно чиста енергетика. Після того, як реактор попрацює, його складові частини стануть радіоактивними і нам потрібно буде думати, що з ними робити. Але радіоактивного бруду на одиницю виробленої енергії утвориться в тисячі разів менше, ніж у теперішній ядерній енергетиці. Крім того, переважно це будуть ізотопи, які швидко розпадаються – якщо дати їм «охолонути» десять років, то для «поховання» залишиться вже зовсім небагато.

Про ядерні і термоядерні реактори

Термоядерний реактор потрібен, щоб виробляти відносно дешеву і доступну енергію. Коли винайдуть термоядерну енергетику, вона стане невичерпним джерелом енергії. Паливо для неї з води океанів можна здобути в необмеженій кількості. Річ у тім, що в океані стільки енергії, що люди за багато мільйонів років її не використають. Енергія синтезу – надпотужна.

Насправді потрібно усвідомлювати наші можливості. Десь я читав оцінку, що якщо ми будемо виробляти енергії разів у 10 більше, ніж зараз, будь-яким способом, то атмосфера вже не витримає перегріву. Можливо, в десять разів – це перебільшення, але вже близько верхня межа нашого розвитку. Якщо ми далі будемо використовувати природні ресурси ще більше, то можемо просто згоріти. Але якщо використовувати енергію в розумних межах, то тоді енергія синтезу ядер буде невичерпною і екологічно прийнятною.


Остання зміна: четвер 14 травня 2020 22:19 PM