Il processo di fusione nucleare. Fissione nucleare e reazioni di fusione

È noto che le sostanze consistono di molecole e atomi. Un atomo, a sua volta, contiene un nucleo e particelle elementari - elettroni, protoni e neutroni. L'interazione di nuclei atomici tra loro genera fissione nucleare e reazioni di fusione. Questi processi portano al rilascio o all'assorbimento di grandi quantità di energia.

Storia della scoperta

Il processo di reazione nucleare fu osservato per la prima volta da Rutherford nel 1919. Con l'aiuto di un dispositivo speciale - la telecamera di Wilson - sono state scattate fotografie di queste reazioni.

Venti anni dopo, la fissione nucleare dell'uranio fu scoperta per la prima volta in Germania. Questo processo è chiamato decadimento nucleare. Sulla base di questo fenomeno, il primo reattore nucleare fu costruito nel 1942.

Il processo inverso di decadimento è chiamato reazione di fusione nucleare. Poiché i nuclei pesanti in questo caso si formano a causa del movimento termico, il processo è chiamato fusione termonucleare.

L'essenza del processo

Il processo di fusione nucleare è il seguente. Due o più nuclei atomici vengono avvicinati. Tra loro si instaura un'interazione, che prevale sulle cosiddette forze di repulsione di Coulomb. Questa interazione porta alla formazione di nuovi nuclei più pesanti. Al momento della creazione del nucleo, viene rilasciata una quantità significativa di energia. Questa energia viene successivamente utilizzata dall'uomo.

Combustibile di reazione

Gli isotopi pesanti dell'idrogeno - deuterio e trizio - sono spesso usati per la fusione nucleare. Richiedono meno energia per svolgere la reazione rispetto all'energia rilasciata durante il processo di fusione. In linea di principio, altri tipi di carburante possono essere utilizzati per la sintesi, ad esempio deuterio ed elio-3, monofuel deuterio e altri.

Le cosiddette reazioni "prive di neutroni" (ad esempio con elio) sono più promettenti, poiché altrimenti il ​​flusso di neutroni porta via una parte dell'emissione di energia della reazione. Inoltre, le reazioni "prive di neutroni" sono meno favorevoli alla contaminazione radioattiva.

Condizioni di reazione

Perché il processo di fusione nucleare proceda correttamente, devono essere soddisfatte due condizioni.

1. Il reagente deve essere riscaldato alle più alte temperature. Solo una quantità sufficiente di energia porta a un processo di collisioni nucleari.
2. L'isolamento termico della reazione è la seconda condizione necessaria: la temperatura della miscela riscaldata deve essere mantenuta costante per tutta la durata della reazione.

Reattore termonucleare

Un dispositivo per condurre la fusione nucleare è un reattore a fusione. Il suo scopo principale è quello di assicurare la costanza delle condizioni ottimali per la reazione. L'uscita dovrebbe essere più energia di quella richiesta per la reazione.

Nonostante il processo di fusione dei nuclei atomici sia stato studiato per diversi decenni, un reattore termonucleare è ancora solo un progetto. Il rispetto delle condizioni per l'insorgenza di reazioni nucleari è ottenibile finora solo in condizioni di laboratorio.

Il progetto di reattore a fusione più promettente è attualmente ITER - ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor).

La costruzione del sito per il reattore è iniziata nel 2007. Sarà situato in Francia, nel centro di ricerca di Cadarache. La fine della costruzione era originariamente prevista per il 2016, ma i costi finanziari erano più alti del previsto. Al momento, l'anno dell'apertura del reattore è presumibilmente chiamato 2025.

Reattore termonucleare - un progetto internazionale. I paesi dell'UE, la Russia, l'India, la Cina, gli Stati Uniti, il Giappone e altri paesi partecipano alla sua costruzione.

Fusione nucleare a freddo

Come già notato, le reazioni termonucleari sono possibili solo se esposte a temperature elevate. Pertanto, il consumo di energia per la loro implementazione è piuttosto consistente. Ciò ha dato origine a speculazioni sulla fusione nucleare a freddo (CNF).

Teoricamente, l'NSF è un processo in cui la fusione nucleare viene fornita non sotto l'influenza di temperature estreme, ma in condizioni termiche normali, ad esempio a temperatura ambiente.

Dal 1989, è stato regolarmente riferito che un gruppo scientifico è riuscito a condurre una reazione di fusione fredda. Tuttavia, al momento tutte queste affermazioni erano inaffidabili.

Per la prima volta una tale affermazione è stata fatta da scienziati della University of Utah (USA) - Fleischman and Pons. Hanno annunciato che erano in grado di effettuare la reazione a temperatura ambiente. La conferma sperimentale delle loro parole non è stata rivelata.

In futuro, diversi altri scienziati hanno dichiarato una scoperta sensazionale, ma ogni volta l'informazione non è stata confermata scientificamente. Ad oggi, la reazione della fusione nucleare a freddo rimane una buona prospettiva.

Processi termonucleari nello spazio

I processi di fusione nucleare svolgono un ruolo enorme nell'evoluzione dell'Universo. Il sole e le stelle sono giganteschi reattori termonucleari. Sotto l'influenza di alte temperature, la fusione dei nuclei degli atomi di idrogeno si verifica in essi e appare l'elio. I suoi nuclei si fondono, formando nuovi elementi. Le reazioni durano per milioni di anni, fino a quando tutta la materia stellare non è stata bruciata. Durante questi processi viene generata una grande quantità di energia. Era l'energia del Sole che ha dato vita alla Terra.

Uso di reazioni nucleari

L'energia della fusione nucleare e del decadimento nucleare è di fondamentale importanza per l'umanità. I risultati delle reazioni sono applicati in vari campi di attività. Di seguito sono alcuni di loro.

1. Energia. La principale conseguenza delle reazioni nucleari è il rilascio di energia. Pertanto, nel campo dell'energia hanno trovato l'applicazione principale. Le reazioni nucleari richiedono una quantità relativamente piccola di combustibile e l'energia prodotta durante il processo è enorme. In particolare, la Terra contiene una grande quantità di uranio, che è una delle principali fonti di combustibile nucleare. L'energia nucleare viene utilizzata nelle centrali nucleari, nei sottomarini nucleari e nei rompighiaccio. In futuro, il combustibile nucleare può essere utilizzato su veicoli spaziali.
2. Medicina. Le reazioni nucleari possono essere utilizzate in campi come la cardiologia, l'oncologia e la neurologia. I radioisotopi sono ampiamente usati nella diagnosi. Gli elementi radioattivi fanno parte di alcuni farmaci. Il metodo della brachiterapia viene utilizzato per fornire una piccola fonte di radiazioni all'organo malato al fine di distruggere le strutture patologiche. La radioterapia è a volte indicata anche come medicina nucleare.
3. Creazione di nuovi elementi chimici. Le reazioni nucleari portano all'emergere di nuovi elementi che prendono il loro posto nel sistema periodico.
4. Armamento. L'uso della fissione nucleare e della fusione nucleare nella sfera militare è ambiguo. La creazione di armi nucleari può portare a gravi conseguenze per tutta l'umanità.
   

Minaccia nucleare

Nel 1945, il mondo fu sconvolto dalla tragedia delle città giapponesi di Hiroshima e Nagasaki. Il governo degli Stati Uniti ha sganciato due bombe atomiche sul Giappone, citando il desiderio di porre fine alla seconda guerra mondiale.

Le conseguenze di questo evento sono state scioccanti. La bomba atomica ha dimostrato la sua efficacia, distruggendo quasi completamente entrambe le città. Il potere delle esplosioni era enorme. Durante gli anni della guerra, una serie di test di armi nucleari era già stata effettuata, ma per la prima volta veniva usata contro la popolazione.

L'esplosione atomica non solo ha causato un enorme numero di vite. I sopravvissuti dopo aver lasciato cadere la bomba sentirono le terribili conseguenze dopo alcuni anni. La radiazione ha portato alla comparsa di malattie da radiazioni - una malattia che si è manifestata non solo nelle persone che erano vicine all'esplosione, ma anche nei bambini che sono nati successivamente a queste persone.

Le esplosioni atomiche portano a grandi emissioni di radiazioni ionizzanti. Le radiazioni sono in grado di mantenere le sue proprietà ionizzanti per dozzine e centinaia di anni, diffondendosi nell'atmosfera, inquinando l'acqua, cadendo come precipitazione.

Le armi nucleari sono una seria minaccia. La corsa agli armamenti, che durò quasi tutta la seconda metà del 20 ° secolo, mise il pianeta di fronte alla possibilità di una terza guerra mondiale. Attualmente, molti paesi hanno armi nucleari, mettendo in pericolo la vita di tutta l'umanità.

Non solo le armi nucleari possono essere pericolose. Oggetti di scopo pacifico possono anche portare a tristi conseguenze con una mancanza di controllo. La tragedia della centrale nucleare di Chernobyl nel 1976 dimostra chiaramente cosa può accadere se si sottovaluta l'energia nucleare.

Le reazioni della fusione nucleare e del decadimento nucleare sono importanti risultati della scienza. Le scoperte in quest'area possono essere usate sia per il male che per il bene. L'attitudine corretta ai processi nucleari consente di ridurre al minimo i rischi legati all'uso del potenziale atomico.