Koja je razlika između nuklearne fuzije i fisije?

Nuklearna fuzija i fisija su prirodni fizički procesi koji oslobađaju energiju kao rezultat interakcije između atoma. Ove energije su mnogo veće od energije kemijskih reakcija. Dok su fuzija i fisija prirodni fenomeni bez kojih život na zemlji ne bi mogao postojati, pozornost najčešće privlači ljudska primjena ovih sila. Korištenje ili zlouporaba nuklearne energije definiralo je veći dio našeg modernog svijeta, stvarajući obećanje i prijetnju u jednakoj mjeri.

Što je nuklearna fisija

Pojednostavljeno rečeno, nuklearna fisija je cijepanje atoma na dva ili više atoma manje atomske težine. Kada je ukupna masa manjih atoma manja od mase izvornog atoma, razlika u masi se pretvara u energiju. Kako nas je Einstein naučio svojom poznatom jednadžbom E=mc2, mala količina mase će se pretvoriti u veliku količinu energije. To je zbog ogromnog energetskog potencijala koji je vezan u atomskoj jezgri.

dvotjedni događaj uživo

Nuklearna fisija u prirodi

Nuklearna fisija se događa prirodno cijelo vrijeme. Teški elementi poput urana i torija neprestano prolaze kroz sporu, spontanu fisiju koja stvara radioaktivnost i toplinu. Ova toplina zagrijava koru planeta i rastaljenu jezgru. Rotirajuća jezgra stvara magnetsko polje koje štiti sav život od smrtonosnog kozmičkog i sunčevog zračenja. Također se smatra da toplina od radioaktivnog raspada pokreće tektoniju ploča.

Rana atomska fizika

1913. danski znanstvenik Niels Bohr konceptualizirao je atom kao neku vrstu minijaturnog Sunčevog sustava, s elektronima koji kruže oko jezgre na određenim mjestima koje je opisao kao školjke. Kada se elektron kretao između ljuski, zračenje je bilo emitirano ili apsorbirano. Mnogi eksperimenti provedeni su 1920-ih i 1930-ih kako bi se dalje istražio i precizirao atomski model.

Projekt Manhattan

Sa spoznajom da bi bombardiranje jezgre teškog atoma energetskim česticama moglo pokrenuti lančanu reakciju, mogućnost bombe postala je stvarna. Sjedinjene Američke Države pokrenule su projekt Manhattan, koji je kulminirao bacanjem atomske bombe na japanske gradove Hirošimu i Nagasaki.

Korištenje nuklearne fisije za proizvodnju energije

Iako je destruktivni potencijal reakcije fisije bio jasan, bilo je više obećavajućih primjena za budućnost. Kao izvor energije, nuklearna energija bila je milijune puta gušća od konvencionalnih goriva. Pozornost je usmjerena na dizajn fisijskih reaktora komercijalnih razmjera. Prvi je bio online u Shippingportu u Pennsylvaniji 1957. godine i mogao je proizvesti 60 MWe.

Gospodarenje nuklearnim otpadom

Entuzijazam za nuklearnu energiju doveo je do puštanja u pogon desetaka reaktora tijekom sljedećih desetljeća, koji je dostigao vrhunac od 107 reaktora u Sjedinjenim Državama do 1990. Iako je imao mnoge prednosti, praktično iskustvo u radu ovih postrojenja također je istaknulo ozbiljne probleme. Nusprodukti fisije, posebice visokoradioaktivni otpad, mogli bi ostati opasni dugi niz godina. Nuklearne nesreće poput onih na otoku Three Mile 1979. i Černobilu 1986. pokazale su da čak ni napredni inženjering ne može ublažiti sve rizike povezane s proizvodnjom nuklearne energije iz fisijskih izvora.

Jedan mogući odgovor na ovaj problem bila je nuklearna fuzija. U teoriji, fuzija bi mogla proizvesti čak i veće količine energije od fisije bez stvaranja opasnog otpada.

Gta san andreas avionske šifre za varanje

Što je nuklearna fuzija?

Nuklearna fuzija je suprotna fisiji, jer uključuje spajanje dva ili više atoma zajedno kako bi se formirao novi, teži element. Novonastali atom sadržavat će nešto manje mase od zbroja atoma koji su korišteni za njegovo stvaranje. Masa koja nedostaje pretvara se u energiju. Energija fuzije je nekoliko puta veća od one postignute u procesu fisije. Iako fuzija stvara neke radioaktivne nusproizvode, oni su izuzetno kratkog vijeka u usporedbi s fisijom.

Nuklearna fuzija u prirodi

Najočitiji prirodni primjer nuklearne fuzije je naše Sunce. Ogromna toplina i gravitacija u središtu Sunca uzrokuju spajanje vodikovih elemenata u nizu složenih interakcija kako bi nastali helij, proizvodeći ogromne količine energije u procesu. Sunce prolazi kroz ovu fuziju vodika i helija oko 4,5 milijardi godina i očekuje se da će se nastaviti još najmanje 5 milijardi prije nego što ostane bez vodikovog goriva.

Napori za postizanje nuklearne fuzije

Postizanje održive fuzijske reakcije bio je mnogo teži put od fisijskih napora iz 1940-ih. To je zbog temeljne barijere s kojom se inženjeri susreću, a to je kako prevladati elektrostatičko odbijanje između atoma i natjerati ih da se stapaju bez trošenja više snage nego što se dobije. U prirodi se to postiže u režimu ekstremno visokih temperatura, reda veličine milijuna stupnjeva. Diljem svijeta potrošena su mnoga desetljeća i milijarde dolara, a još uvijek je nejasno kada će, ako uopće, funkcionalna elektrana za nuklearnu fuziju postati operativna.

Budućnost nuklearne energije

U eri ugljično neutralnih izvora energije, nuklearna energija bi mogla imati važnu ulogu. Novi projekti fisijskih reaktora mogu učinkovito ponovno obraditi radioaktivni otpad i koristiti ga za proizvodnju više energije. Međutim, nuklearna fuzija ostaje sveti gral proizvodnje energije. Ako se to može postići, naše brige o energiji će biti gotove.