Ядерний синтез: Легкий для розуміння вступ

Вчені зробили значний прорив у ядерному синтезі, який може відкрити двері до великої кількості чистої енергії в майбутньому.

Цей висновок став можливим лише завдяки більш ніж півстолітньому дослідженню ядерного синтезу.

Пропонуємо вам простий і зрозумілий вступ до ядерного синтезу, щоб ви могли належним чином зрозуміти цю захоплюючу новину.

Що таке ядерний синтез?

Ядерний синтез - це різновид ядерного процесу, який відбувається, коли два або більше атомних ядер об'єднуються, утворюючи одне, більше ядро.

Реакції термоядерного синтезу відбуваються в стані речовини, відомому як плазма - гарячий заряджений газ, що складається з позитивних іонів і вільно рухомих електронів і має характеристики, відмінні від властивостей твердих тіл, рідин або газів.

Підводячи підсумок, ядерний синтез - це механізм, за допомогою якого Сонце та інші зірки отримують свою енергію.

Наприклад: Атоми тритію та дейтерію (ізотопи водню Гідроген-3 та Гідроген-2 відповідно) об'єднуються, утворюючи нейтрон та ізотоп гелію. При цьому виділяється величезна кількість енергії.

Ця енергія може бути використана для виробництва електроенергії або для живлення інших речей. Вважається, що це потенційно нескінченне і чисте джерело енергії.

Щоб злитися, ядра повинні контактувати при надзвичайно високих температурах, можливо, 10 мільйонів градусів Цельсія. Завдяки високій температурі вони мають достатньо енергії, щоб подолати взаємний електричний опір. Коли ядра знаходяться дуже близько одне до одного, ядерне притягання між ними долає електричне відштовхування і дозволяє їм злитися і, як наслідок, створити енергію.

Ядерний синтез проти ядерного поділу

І поділ, і синтез - це ядерні реакції, які зміщують атоми для виробництва енергії, але в чому різниця між ними?

Синтез - це з'єднання двох легших атомів з утворенням більшого атома, тоді як поділ - це розщеплення одного атома на два. Це, по суті, протилежні процеси.

Передбачення Альберта Ейнштейна про можливість перетворення маси на енергію надихнуло на відкриття поділу ядра. Вчені почали експериментувати в 1939 році, а вже через рік Енріко Фермі побудував перший ядерний реактор.

Значною мірою нестабільний ізотоп підривають високошвидкісними частинками, як правило, нейтронами, які прискорюються, змушуючи їх зіткнутися з нестабільним ізотопом, викликаючи поділ і розщеплення на два менших ізотопи, три високошвидкісні нейтрони і величезну кількість енергії. Уран-235 використовується як нейтрон у переважній більшості ядерних енергетичних реакторів.

Вироблена енергія використовується для нагрівання води в ядерних реакторах, які згодом виробляють електроенергію. Коли високошвидкісні нейтрони розряджаються і стають снарядами, вони запускають нові процеси поділу, також відомі як ланцюгові реакції.

Ядерний поділ утворює велику кількість радіоактивних відходів, які можуть бути небезпечними і повинні ретельно зберігатися - можливо, протягом сотень років. Тоді як ядерний синтез виробляє чисту енергію, вільну від радіоактивних відходів.

Варто також підкреслити, що ядерний поділ не є природним процесом і повинен бути індукований, тоді як ядерний синтез є природним процесом, наприклад, Сонце виробляє енергію за допомогою ядерного синтезу.

Чому ядерний синтез важливий?

Термоядерні реактори здатні виробляти енергію з мінімальними викидами парникових газів, радіоактивних відходів та іншими екологічними наслідками або взагалі без них. Вони можуть забезпечити практично безмежне постачання чистої енергії, зменшуючи нашу залежність від викопного палива та інших обмежених джерел енергії.

Оскільки термоядерні реактори не утворюють високоактивних радіоактивних відходів, як реактори поділу, утилізувати їх буде простіше. Крім того, на відміну від реакторів поділу, відходи не міститимуть радіоактивних елементів збройового призначення.

Прорив у ядерному синтезі

Як повідомляє Financial Times, вченим вдалося вивільнити 2,5 МДж енергії, використавши лише 2,1 МДж для нагрівання палива лазерами. Це відкриття має бути підтверджене Національною установкою запалювання (NIF) при Ліверморській національній лабораторії імені Лоуренса в Каліфорнії, але це вже фантастична новина.

Це значне наукове досягнення в галузі ядерного синтезу, насамперед тому, що вперше вчені успішно створили процес ядерного синтезу з позитивним чистим приростом енергії.

Звичайно, ще багато роботи потрібно зробити, щоб це стало можливим, але те, що вчені змогли згенерувати більше енергії, ніж на початку експерименту, є значним кроком уперед для науки. Це надає дослідженню контексту і сенсу.

Поширення візуальної наукової комунікації по всьому світу

Поширюйте свою роботу по всьому світу за допомогою візуальних постерів. Крім того, що професійно створений постер зробить вашу роботу більш придатною для короткого читання, він може допомогти вашій роботі охопити аудиторію, про яку ви навіть не здогадувалися. Плакати легше доставляти і поширювати, і вони, безсумнівно, змусять людей запам'ятати ваше дослідження.

Використовуйте простий інструмент для створення плакатів. Використовуйте Mind The Graph.

Покращуйте мої дослідження за допомогою ілюстрацій