Ядерный синтез описывает физику двух или более атомных ядер, сливающихся с образованием более крупных элементов — тип процесса, который происходит на нашем собственном Солнце.
Причина, по которой это захватывающая перспектива в производстве энергии, заключается в том, что такое атомное слияние может высвободить большое количество энергии. Если мы сможем использовать высвобождение от ядерного синтеза, человечество получит доступ к обильному, неисчерпаемому источнику в значительной степени устойчивой энергии.
На данный момент до такого достижения еще далеко, но исследователи по всему миру постоянно развивают эту область, внося постепенные улучшения, которые постепенно приближают нас к цели.
Атомы растут по мере того, как протоны собираются во все большие и большие группы, связанные сильным ядерным взаимодействием. Это притяжение возникает из-за взаимодействия между тройками составляющих частиц, называемых кварками.
Благодаря кулоновской силе — силе притяжения или отталкивания между частицами из-за электрического заряда — протоны, как правило, держатся на значительном расстоянии друг от друга — слишком далеко, чтобы ядерная сила могла возникнуть.
Нейтроны, с другой стороны, не имеют заряда, поэтому не отталкиваются, что позволяет им перемещаться относительно близко к другим ядерным частицам с небольшими усилиями. Благодаря тонким различиям в свойстве, называемом спином, нейтроны и протоны, сближенные друг с другом, могут слипаться, образуя простое атомное ядро.
Теоретически протон, объединенный с нейтроном, может связываться с другим партнером протона и нейтрона, при этом нейтроны действуют как своего рода посредник. Но заставить несколько протонов собраться достаточно близко, чтобы мощная сила взяла верх, — нелегкая задача. Даже относительно простое слияние двух атомов дейтерия (водорода, состоящего из протона и нейтрона) для образования атома гелия-3 требует давления того же уровня, что и в ядрах таких объектов, как наше Солнце.
Для появления еще более крупных элементов, таких как углерод, эти печи под давлением должны поддерживать температуру не менее 100 миллионов градусов Кельвина — в шесть раз горячее, чем ядро Солнца.
Слияние ядер с образованием еще более тяжелых элементов, таких как золото и уран, требует космической мощности. Подумайте о силах, возникающих в нейтронных звездах или некоторых сверхновых.
Производство термоядерной энергии зависит от разницы в количестве энергии, необходимой для удержания ядерных частиц.
Если вы возьмете альфа-частицу — пару протонов и пару нейтронов, сгруппированных вместе — и взвесите ее, вы получите массу 4,00153 единицы. Однако взвесьте каждый атом индивидуально, и общая сумма составит 4,03188 единиц.
Следуя уравнению «энергия = масса x квадрат скорости света» (да, это E = mc2), разница в массе также является разницей в энергии. Связанные вместе частицы обладают меньшей энергией, чем когда они разделены; поэтому, когда они сливаются, лишняя энергия высвобождается в пространство.
Выкованная глубоко в Солнце, такая энергия медленно достигает поверхности, где излучается волнами в виде электромагнитного излучения или солнечного света.
Здесь, на Земле, физики и инженеры разрабатывают различные устройства, которые могут помочь нам улавливать и использовать энергию, выделяемую в результате ядерного синтеза. Когда им это удастся, вы обязательно услышите об этом.
Текст и изображения могут быть изменены, удалены или добавлены по решению редакции, чтобы информация оставалась актуальной.
Наконец-то настал день запуска: капсула Boeing Starliner отправляется в понедельник на Международную космическую станцию в…
В жизни мало что можно сказать наверняка. Но кажется весьма вероятным, что люди будут исследовать…
Камни, исследованные марсоходом Curiosity на дне древнего, давно высохшего озера на Марсе, выявили условия, которые,…
Подключение пятого поколения или «5G» для сотовых технологий стало стандартом для сетей всего около пяти…
Каждую секунду через вас проходит около триллиона крошечных частиц, называемых нейтрино. Созданные во время Большого…
На ночной стороне экзопланеты Астролабос всегда темно и бурно.Там, в постоянной тени, обращенной в сторону…