Nuklearne reakcije

Nuklearna fisija

Nuklearna fisija je cepanje teškog jezgra na dva manja, koja se nalaze u masenom odnosu 2:3. Malo je prirodnih izotopa koji su fisibilni, a najistaknutiji je uranijum U235. Zahvatom neutrona, U235 prolazi kroz transmutacionu promenu, cepajući se na dva manja jezgra kripton i barijum, koji se dalje raspadaju. Tom prilikom oslobađa se ogromna količina energije, emituje gama zračenja i neutroni.

File:Nuclear fission reaction.svg - Wikimedia Commons
Nuklearna fisija.

Ukoliko se u blizini jezgra, koje je upravo prošlo proces fisije, nalazi drugo fisibilno jezgro, može doći do nastavljanja i umnožavanja procesa fisije daljim zahvatanjem emitovanih neutrona. Ovakav mehanizam odvijanja nuklearne fisije nazivamo nuklearna lančana reakcija. Brzina umnožavanja nuklearne fisije opredeljuje proces da se kvalifikuje za atomsku bombu ili nuklearni reaktor. Nekontrolisana i brza fisija je osnov atomske bombe, dok je kontrolisana fisija izvor toplote u nuklearnoj elektrani. Fisijom se dobija milionima puta veća količina energije od one koja se dobija iz benzina. Kao produkt nuklearne fisije javlja se radioaktivni otpad, koji se raspada milionima godina i predstavlja  ogroman rizik po okolinu.

Osiromašeni uranijum

Nuklearna fuzija

Nuklearna fuzija je proces formiranja novog jezgra od dva lakša jezgra. Kao primer može se posmatrati nukleosinteza jezgra helijuma od dva izotopa vodonika: deuterijuma i tricijuma. Da bi se jezgra deuterijuma i tricijuma dovela dovoljno blizu, kako bi se između njih mogla javiti jaka nuklearna sila, potrebno je savladati elektrostatičku odbojnu silu između protona oba jezgra. Da bi termičko kretanje atoma vodonika omogućilo dovoljnu energiju za otpočinjanje nuklearne fuzije, neophodno bi bilo obezbediti temperaturu od 14 miliona stepeni Kelvina. Ovo je temperatura koja postoji u jezgrima zvezda, te se u njima odvija spontani proces nuklearne fuzije. Pošto su nukleoni u helijumu znatno jače vezani nego u pojedinačnim izotopima vodonika, razlika energije se u procesu fuzije oslobađa, uglavnom u obliku radijacije. Sve dok je energija, koja je neophodna za otpočinjanje nuklearne fuzije manja od energije koju produkuje sama fuzija, proces je egzoterman i moguće je njegovo spontano odvijanje u jezgrima zvezda. Poslednji element koji se fuzioniše na ovaj način je gvožđe Fe56.

Nuklearna fuzija.

Nukleosinteza težih elemenata odvija se uglavnom zahvatom neutrona, pri eksploziji “Super-Nova”, nakon čega se putem beta raspada formiraju teži elementi. 

Nuklearna fuzija ne produkuje radioaktivnost niti nestabilna jezgra, te se može smatrati čistim izvorom energije. Poređenja radi, energija koja bi se dobila fuzionisanjem 1kg vodonika bila bi ravna energiji dobijenoj sagorevanjem 1000 tona benzina. Zalihe vodonika na zemlji (i u svemiru) su nepresušne, a krajnji produkt fuzije, helijum, je inertni netoksični gas. Stoga se nuklearna fuzija nameće kao idealni izvor energije za čovečanstvo.

Od 2006 godine, na jugu francuske se gradi fuzioni reaktor zajedničkim naporima više zemalja, čija cena već sada prevazilazi 10 milijardi dolara. Očekuje se da će prva fuziona reakcija biti pokrenuta 2027. godine. Plan Evropske Unije je da do 2050 godine potpuno eliminiše fosilna goriva kao izvor energije a nuklearna fuzija jeste kamen temeljac te ideje.