πυρηνική σύντηξη

πυρηνική σύντηξη
Αντίδραση στην οποία πυρήνες που διαθέτουν υψηλότατη ενέργεια συγκρούονται μεταξύ τους, με αποτέλεσμα να ανακαταταγούν τα αντίστοιχα νουκλεόνιά τους (πρωτόνια και νετρόνια), σχηματίζοντας δύο ή περισσότερα προϊόντα αντίδρασης, και να απελευθερωθεί ισχυρή ποσότητα ενέργειας. Η ενέργεια αυτή μπορεί να χρησιμοποιηθεί κατά πολλούς τρόπους και η ποσότητά της υπολογίζεται εύκολα αν γνωρίζουμε το έλλειμμα μάζας των αντιδρώντων πυρήνων και των πυρήνων που παράγονται από την αντίδραση, εφαρμόζοντας την εξίσωση του Αϊνστάιν, η οποία δίνει τη σχέση μεταξύ μάζας και ενέργειας. Η π.σ. εμφανίζεται ευκολότερα μεταξύ ελαφρών στοιχείων, δηλαδή μεταξύ πυρήνων με χαμηλό ατομικό αριθμό. Σε αυτούς, η κινητική ενέργεια που απαιτείται για να προκληθεί η αντίδραση είναι ασφαλώς χαμηλότερη από εκείνη που απαιτείται για τα βαρέα στοιχεία: αυτό είναι ευνόητο, αν σκεφτούμε ότι ένας πυρήνας, φορτισμένος θετικά, περιβάλλεται από ένα φράγμα ηλεκτροστατικών δυνάμεων οι οποίες τείνουν να εμποδίσουν το πλησίασμα άλλων φορτίων με το ίδιο πρόσημο. Δύο πυρήνες μπορούν συνεπώς να συγκρουστούν μόνο αν διαθέτουν κινητική ενέργεια τόση ώστε να υπερνικηθεί αυτό το απωθητικό φράγμα. Το ελάχιστο της ηλεκτροστατικής άπωσης υπάρχει στα ισότοπα του υδρογόνου, που έχουν ένα μόνο πρωτόνιο (στοιχειώδες θετικό φορτίο) στο εσωτερικό του πυρήνα. Στις πρώτες πυρηνικές αντιδράσεις σύντηξης, οι οποίες έγιναν τα χρόνια 1920 – 1930, χρησιμοποιήθηκαν ως «βλήματα» πρωτόνια και δευτερόνια (δευτερόνιο είναι ο πυρήνας του δευτερίου και αποτελείται από ένα πρωτόνιο και ένα νετρόνιο) υψηλής ενέργειας και ως «στόχοι» πυρήνες στοιχείων χαμηλού ατομικού αριθμού. Παρ’ όλ’ αυτά στις πρώτες αυτές αντιδράσεις, η παραγόμενη ενέργεια από το μοναδικό γεγονός (σύντηξη) διαχεόταν χωρίς να προκαλέσει μια αυτοσυντηρούμενη αντίδραση· η αυτοσυντήρηση κατέστη εφικτή όταν οι πυρήνες που αντιδρούσαν βρίσκονταν σε τόση θερμοκρασία, ώστε να αποκτούν μέση κινητική ενέργεια ικανή να υπερνικήσει το απωθητικό ηλεκτροστατικό φράγμα. Κάτω από τις θερμικές αυτές συνθήκες (μερικά εκατομμύρια βαθμών), ο αριθμός των κρούσεων, στη μονάδα του χρόνου, οι οποίες προκαλούν αντιδράσεις, με συνεπαγόμενη παραγωγή ενέργειας, τείνει να αυξηθεί. Γι’ αυτό οι αντιδράσεις σύντηξης γίνονται αυτόματα στον Ήλιο και στους αστέρες, όπου, εξαιτίας της υψηλότατης πυκνότητας και θερμοκρασίας, παράγονται πολυάριθμες συγκρούσεις και αποτελούν το κυριότερο απόθεμα της ακτινοβολούμενης ενέργειας. Η π.σ. παράγεται τεχνητά με τη βόμβα υδρογόνου (βόμβα Η): η αναγκαία θερμότητα για τη σύγκρουση των ελαφρών πυρήνων δίνεται από την έκρηξη μιας ατομικής βόμβας σχάσης (βόμβα Α), η οποία χρησιμεύει συνεπώς ως έναυσμα. Για να έχουμε μια ιδέα των τιμών της εκλυόμενης ενέργειας, αρκεί να σκεφτούμε ότι η ενέργεια που παράγεται από χημικά κλασικά καύσιμα μετριέται σε eV (ηλεκτρονιοβόλτ), ενώ αυτή που παράγεται από μια αντίδραση σύντηξης μετριέται σε MeV (μέγα ηλεκτρονιοβόλτ = 106 eV), δηλαδή τάξη μεγέθους ένα εκατομμύριο φορές μεγαλύτερη. Έτσι π.χ. από τη σύντηξη ενός ατόμου δευτερίου (1 πρωτόνιο και 1 νετρόνιο) με ένα άτομο τριτίου (1 πρωτόνιο και 2 νετρόνια) έχουμε ως προϊόν αντίδρασης το ισότοπο 4 του ηλίου (2 πρωτόνια και 2 νετρόνια), ένα νετρόνιο 2n και 17,6 Me V, δηλαδή: . Η μεγάλη ποσότητα ενέργειας που εκλύεται από τις αντιδράσεις αυτές προκάλεσε και εξακολουθεί να προκαλεί το ενδιαφέρον των επιστημόνων σε όλες τις χώρες, οι οποίοι προσπαθούν να πετύχουν την ειρηνική και παραγωγική χρήση της: οι τεχνικές δυσχέρειες συνίστανται στην επίτευξη ελέγχου κατά την εξέλιξη της αντίδρασης, για να αποφευχθούν τα εκρηκτικά φαινόμενα, αλλά και στην αυτοσυντήρησή της, για να αποτραπεί η σβέση της. Ειδικότερα ανακύπτει το πρόβλημα πώς να περιβάλουμε και να διατηρήσουμε το καύσιμο κάτω από τις αναγκαίες συνθήκες και για αρκετό χρόνο: πραγματικά, στις θερμοκρασίες αντίδρασης, τα άτομα δεν έχουν ηλεκτρόνια και η ύλη βρίσκεται στην κατάσταση του ιονισμένου αερίου (πλάσματος), που αποτελείται από φορτισμένα σωματίδια –κυρίως πυρήνες και ηλεκτρόνια– σε υψηλή διαταραχή. Στην πραγματικότητα η διατήρηση του πλάσματος πρέπει να διαρκέσει για χρόνο τόσο ώστε, σε συνάρτηση με την πυκνότητα των υπαρχόντων ελαφρών πυρήνων, να προκληθεί ένας ικανός αριθμός συγκρούσεων και να συντελεστεί η αντίδραση (για μια πυκνότητα 1014 – 1015 πυρήνων ανά κυβικό εκατοστό, το πλάσμα πρέπει να διατηρηθεί για χρόνο της τάξης του δευτερολέπτου). Εξάλλου δεν πρέπει τα σωματίδια του καυσίμου να έρθουν σε επαφή με τα τοιχώματα του δοχείου, γιατί θα προκύψουν απώλειες ενέργειας. Μια πολλά υποσχόμενη λύση στο πρόβλημα της διατήρησης του πλάσματος φαίνεται εκείνη της μαγνητικής φιάλης, η οποία αποτελείται από ένα δοχείο άυλο, προκαλούμενο από ισχυρά μαγνητικά πεδία. Πάντως, η μεγάλη επάρκεια του δευτερίου στη φύση και η απουσία ραδιενεργών καταλοίπων από τη σύντηξη (αντίθετα με ό,τι συμβαίνει στην πυρηνική σχάση), μαζί με την ανάγκη της επίλυσης στο άμεσο μέλλον του προβλήματος της επαρκούς ενέργειας για την ολοένα αυξανόμενη δραστηριότητα της ανθρωπότητας, γεννούν αισιόδοξες προβλέψεις, ότι θα υπάρξουν λύσεις στον ερευνητικό αυτό τομέα. Στο σχέδιο δεξιά, σχηματική παράσταση της εγκατάστασης ZETA που υπάρχει στα εργαστήρια Harwell (M. Βρετανία) για τη μελέτη των προβλημάτων που σχετίζονται με την ελεγχόμενη πυρηνική σύντηξη. Στο εσωτερικό του δακτυλιοειδούς θαλάμου προκαλείται μια ηλεκτρική εκκένωση S με επαγωγή από ένα ρεύμα που κυκλοφορεί στα επάγοντα κυκλώματα Α και A’. Η εκκένωση θερμαίνει σε υψηλότατη θερμοκρασία το αέριο (πλάσμα), το οποίο κρατιέται μακριά από τα τοιχώματα του θαλάμου με ένα μαγνητικό πεδίο, το οποίο παράγεται από τις σπείρες Β. Πάνω αριστερά, αντίδραση πυρηνικής σύντηξης που πραγματοποιείται με τη χρήση λέιζερ μεγάλης ισχύος, ο οποίος έχει συγκεντρώσει την ακτινοβολία του σ’ ένα νήμα δευτερίου. ο σχηματισμός του πλάσματος συνοδεύεται με εκπομπή πολύ λαμπερού φωτός.

Dictionary of Greek. 2013.

Игры ⚽ Поможем написать курсовую

Look at other dictionaries:

  • σύντηξη — η / σύντηξις, ήξεως, ΝΑ [συντήκω] η ενέργεια και το αποτέλεσμα τού συντήκω νεοελλ. φυσ. πυρηνική διαδικασία η οποία περιλαμβάνει σειρά πυρηνικών αντιδράσεων μεταξύ ατομικών πυρήνων ελαφρών χημικών στοιχείων, οι οποίες οδηγούν στον σχηματισμό… …   Dictionary of Greek

  • πυρηνικός — ή, ό, Ν [πυρήνας] 1. αυτός που ανήκει ή αναφέρεται στον πυρήνα τού ατόμου 2. φρ. α) «πυρηνικά καύσιμα» (πυρην.) υλικά καταλλήλως διαμορφωμένα, με τα οποία τροφοδοτούνται οι πυρηνικοί αντιδραστήρες για την παραγωγή πυρηνικής ενέργειας και τών… …   Dictionary of Greek

  • ενέργεια — Ο ορισμός της ε. είναι καρπός μακράς μελέτης και προσπαθειών, οι οποίες εξέτειναν και διεύρυναν την έννοιά της, ώστε να περιλάβει και να πλαισιώσει πλήθος φαινομένων. Σε μια πρώτη προσέγγιση, η ε. μπορεί να οριστεί ως η ικανότητα ενός συστήματος… …   Dictionary of Greek

  • πλασμογαμία — η, Ν 1. βιολ. στα πρωτόζωα) α) η συγχώνευση διαφόρων ατόμων σε μια πολυπυρηνική μάζα β) η σύντηξη τού κυτταροπλάσματος χωρίς πυρηνική σύντηξη 2. βοτ. διαδικασία η οποία ακολουθεί αμέσως μετά την καρυογαμία, δηλαδή την ένωση πυρήνων, σε ορισμένους …   Dictionary of Greek

  • Στοιχεία — Ουσίες με ομογενή ατομική σύσταση, που αντιπροσωπεύουν τα τελικά όρια στα οποία όλα τα υλικά σώματα μπορούν να υποδιαιρεθούν με χημικά μέσα. Στα σ., στην ελεύθερη κατάσταση τους (μη ενωμένα) τα άτομα συνενώνονται σε μόρια που αποτελούνται από 2… …   Dictionary of Greek

  • κλάσμα — Σχέση μεγεθών ή τμήμα μιας μονάδας που έχει διαιρεθεί σε ίσα μέρη. Παριστάνεται με τη γενική μορφή όπου α και β (όροι του κ.) είναι φυσικοί αριθμοί. Για παράδειγμα, , , (γνήσια κ.), , (καταχρηστικά κ.). Ο β (παρονομαστής),που μπορεί να είναι… …   Dictionary of Greek

  • τρίτιο — Βαρύ ισότοπο του υδρογόνου με σύμβολο Η3 (ή Τ3) και ατομικό βάρος 3,01704· παράγεται στα υψηλότερα στρώματα της ατμόσφαιρας, από τα άτομα του αζώτου που βομβαρδίζονται από τα νετρόνια των κοσμικών ακτίνων. Το τ. ενωμένο με το οξυγόνο… …   Dictionary of Greek

  • έκρηξη — Βίαιη και ταχύτατη απελευθέρωση ενέργειας, η οποία εκδηλώνεται με τη μορφή θερμότητας, φωτός, τεράστιας παραγωγής αερίων και συνεπώς μηχανικού έργου. Το φαινόμενο αυτό οφείλεται συνήθως στη χημική αντίδραση που παράγεται μέσα στην εκρηκτική ύλη… …   Dictionary of Greek

  • ατομικός — ή, ό 1. αυτός που ανήκει ή αναφέρεται σε άτομο και όχι στο σύνολο ή σε ομάδα («ατομικός λογαριασμός», «ατομική υπόθεση») 2. φρ. α) «ατομικά δικαιώματα» ή «ατομικές ελευθερίες» μορφές εγγύησης του Συντάγματος από πιθανές αυθαιρεσίες των φορέων της …   Dictionary of Greek

  • βηρύλλιο ή γλουκίνιο — Χημικό στοιχείο με σύμβολο Be. Ανήκει στη δεύτερη ομάδα του περιοδικού συστήματος, στην υποομάδα των αλκαλικών γαιών, με ατομικό αριθμό 4, ατομικό βάρος 9,02 και 6 ισότοπα. Στη φύση βρίσκεται σε μικρές ποσότητες σε πολλά ορυκτά. Αν και είναι πολύ …   Dictionary of Greek

Share the article and excerpts

Direct link
Do a right-click on the link above
and select “Copy Link”