Chemia dla niespecjalistów

Jak powstają pierwiastki?

Na Słońcu zachodzi szereg reakcji, których nie można powielić na Ziemi. Niektóre z tych reakcji polegają na powstawaniu dużych pierwiastków z mniejszych. Jak dotąd na Ziemi udało nam się zaobserwować powstawanie tylko bardzo małych pierwiastków. Zaobserwowana sekwencja reakcji wydaje się być następująca: Atomy wodoru-1 zderzają się, tworząc większe izotopy wodoru, wodór-2 (deuter) i wodór-3 (tryt). W procesie tym powstają pozytony i promienie gamma. Pozytony zderzają się z wszelkimi dostępnymi elektronami i anihilują, wytwarzając więcej promieni gamma. W tym procesie wytwarzane są ogromne ilości energii, która pozwala nam utrzymać ciepło i kontynuować reakcje zasilania.

Fuzja jądrowa

W przeciwieństwie do rozszczepienia jądrowego, w wyniku którego z większych izotopów powstają mniejsze, celem syntezy jądrowej jest wytworzenie większych materiałów w wyniku zderzenia mniejszych atomów. Wymuszenie zbliżenia mniejszych atomów powoduje ich ściślejsze upakowanie i uwolnienie energii. Jak widać na rysunku 1, energia jest uwalniana podczas tworzenia większego atomu, helu (He), z fuzji wodoru-2 i wodoru-3, jak również z wyrzucenia neutronu.

To uwalnianie energii jest tym, co napędza dzisiejsze badania nad reaktorami termojądrowymi. Gdyby taką reakcję można było skutecznie przeprowadzić na Ziemi, mogłaby ona stanowić czyste źródło energii jądrowej. W przeciwieństwie do reakcji rozszczepienia, synteza jądrowa nie wytwarza produktów radioaktywnych, które stanowią zagrożenie dla systemów żywych.

Reakcje syntezy jądrowej w laboratorium były niezwykle trudne do osiągnięcia. Wymagane są ekstremalnie wysokie temperatury (w milionach stopni). Muszą być opracowane metody, aby zmusić atomy do połączenia się i utrzymać je razem wystarczająco długo, aby mogły reagować. Neutrony uwolnione podczas reakcji fuzji mogą oddziaływać z atomami w reaktorze i przekształcać je w materiały radioaktywne. Odnotowano pewne sukcesy w dziedzinie reakcji fuzji jądrowej, ale droga do realnej energii termojądrowej jest wciąż długa i niepewna.

Podsumowanie

• Opisano proces fuzji jądrowej.
• Podano przykłady reakcji syntezy jądrowej.

Praktyka

Przeczytaj materiał w poniższym linku i odpowiedz na następujące pytania:

http://science.howstuffworks.com/fusion-reactor.htm

1. Jakie temperatury są potrzebne do zajścia fuzji jądrowej?
2. Dlaczego potrzebne jest wysokie ciśnienie?
3. Co robi reaktor magnetyczny?
4. Jak działa metoda zamknięcia bezwładnościowego?

Przegląd

1. Co to jest synteza jądrowa?
2. Dlaczego fuzja jądrowa jest dziś przedmiotem zainteresowania?
3. Jaki jest jeden z problemów związanych z badaniem fuzji jądrowej w laboratorium?

Słowniczek

.