Термоядерный синтез - альтернативный источник энергии будущего

Слияние происходит, когда два легких атома соединяются вместе или сливаются, образуя более тяжелый. Общая масса нового атома меньше, чем у двух образовавших его атомов; «недостающая» масса выделяется в виде энергии, как описано знаменитым уравнением Альберта Эйнштейна «E=mc2».

Для того чтобы ядра двух атомов преодолели отталкивание друг от друга, вызванное их одинаковым зарядом, требуются высокие температуры и давления. Температура должна быть примерно в шесть раз выше, чем в ядре Солнца. При такой температуре водород уже не газ, а плазма, чрезвычайно высокоэнергетическое состояние вещества, в котором электроны отрываются от своих атомов.

Термоядерный синтез является доминирующим источником энергии для звезд во Вселенной. Это также потенциальный источник энергии на Земле. Когда он запускается в намеренно неконтролируемой цепной реакции, он приводит в действие водородную бомбу.

Термоядерный синтез также рассматривается как возможность управления космическими кораблями. Термоядерный синтез отличается от деления, которое расщепляет атомы и приводит к значительным радиоактивным отходам, что является опасным.

Существует несколько «рецептов» По приготовлению термоядерного синтеза, которые основаны на различных комбинациях атомов. Слияние дейтерия и трития. Наиболее перспективной комбинацией для получения энергии на Земле сегодня является слияние атома дейтерия с атомом трития. Этот процесс, для которого требуется температура примерно 39 миллионов градусов Цельсия, производит 17,6 миллиона электронвольт энергии.

Дейтерий является многообещающим ингредиентом, потому что это изотоп водорода, содержащий один протон и нейтрон, но без электрона. В свою очередь, водород является ключевой частью воды, которая покрывает Землю. Галлон морской воды (3,8 литра) может производить столько же энергии, сколько 300 галлонов (1136 литров) бензина.

Другой изотоп водорода, тритий, содержит один протон и два нейтрона. Его сложнее обнаружить в больших количествах из-за его 10-летнего периода полураспада (половина количества распадается каждые десять лет). Вместо того, чтобы пытаться найти его естественным путем, наиболее надежным методом является бомбардировка лития, элемента, содержащегося в земной коре, нейтронами для создания элемента.

Сплав дейтерия с дейтерием. Теоретически более перспективный, чем дейтерий-тритий, из-за простоты получения двух атомов дейтерия, этот метод также является более сложным, поскольку он требует слишком высоких температур, чтобы быть осуществимым в настоящее время. Однако этот процесс дает больше энергии, чем синтез дейтерия и трития. Звезды с их высокой температурой и массой используют различные комбинации для создания энергии.

Протоно-протонный синтез. Доминирующий драйвер для звезд, таких как Солнце, с температурой ядра ниже 15 миллионов градусов по Цельсию, протон-протонный синтез начинается с двух протонов и в конечном итоге приводит к частицам высокой энергии, таким как позитроны, нейтрино и гамма-лучи.