Co to jest energia syntezy jądrowej?
Energia syntezy jądrowej to ekstrakcja energii z wiązań między cząsteczkami w jądrach atomów poprzez stopienie tych jąder razem. Aby uzyskać jak najwięcej energii, należy użyć lekkich pierwiastków i izotopów, takich jak wodór, deuter, tryt i hel, chociaż każdy pierwiastek o liczbie atomowej mniejszej niż żelazo może wytworzyć energię netto po stopieniu. Fuzja jest przeciwieństwem rozszczepienia, procesu, w którym energia jest generowana przez rozrywanie ciężkich jąder, takich jak uran lub pluton. Oba są uważane za energię jądrową, ale rozszczepienie jest łatwiejsze i lepiej rozwinięte. Wszystkie współczesne elektrownie jądrowe działają w oparciu o energię rozszczepienia, ale wielu naukowców ma nadzieję, że elektrownia oparta na energii syntezy jądrowej powstanie przed 2050 r.
Istnieją bomby jądrowe oparte zarówno na energii rozszczepienia, jak i energii syntezy jądrowej. Konwencjonalne bomby A oparte są na rozszczepieniu, podczas gdy bomby H lub bomby wodorowe oparte są na fuzji. Fuzja efektywniej przekształca materię w energię, wytwarzając więcej ciepła i temperatury, gdy proces jest kierowany do reakcji łańcuchowej. Tak więc bomby H mają wyższe wydajności niż bomby A, w niektórych przypadkach ponad 5000 razy wyższe. Bomby H wykorzystują „wzmacniacz” rozszczepienia, aby osiągnąć wymaganą temperaturę syntezy jądrowej, która wynosi około 20 milionów stopni Kelvina. W bombie H około 1% masy reakcyjnej jest przekształcane bezpośrednio w energię.
Energia syntezy jądrowej, a nie rozszczepienie, to energia, która zasila Słońce i produkuje całe swoje ciepło i światło. W centrum Słońca około 4,26 miliona ton wodoru na sekundę zamienia się w energię, wytwarzając 383 yottawaty (3,83 × 10 26 W) lub 9,15 × 10 10 megatonów TNT na sekundę. Brzmi to dużo, ale w rzeczywistości jest dość łagodne, biorąc pod uwagę całkowitą masę i objętość Słońca. Szybkość produkcji energii w jądrze Słońca wynosi tylko około 0,3 W / m 3 (watów na metr sześcienny), ponad milion razy słabiej niż produkcja energii w żarniku żarówki. Tylko dlatego, że rdzeń jest tak ogromny, o średnicy równej około 20 Ziemiom, wytwarza tyle całkowitej energii.
Od kilkudziesięciu lat naukowcy pracują nad wykorzystaniem energii syntezy jądrowej na potrzeby człowieka, ale jest to trudne ze względu na wysokie temperatury i ciśnienia. Korzystając z energii syntezy jądrowej, jednostka paliwa wielkości małego łożyska kulkowego może wytwarzać tyle samo energii, co baryłka benzyny. Niestety wszystkie próby wytwarzania energii termojądrowej od 2008 r. Pochłonęły więcej energii niż wyprodukowały. Istnieją dwa podstawowe podejścia - użycie pola magnetycznego do ściśnięcia plazmy do temperatury krytycznej (fuzja z ograniczeniem magnetycznym) lub wystrzelenie lasera na cel tak intensywny, że ogrzeje go powyżej krytycznego progu dla fuzji (fuzja z bezwładnością). Oba te podejścia otrzymały znaczne fundusze: National Ignition Facility (NIF) próbuje uzyskać inercyjną fuzję zamknięcia i pojawi się w Internecie w 2010 r., A Międzynarodowy Thermonuclear Experimental Reactor (ITER) próbuje połączyć się w zamknięciu magnetycznym i pojawi się w Internecie w 2018 r.