Πυρηνική σύντηξη

Σχήμα 1: Διαγραμματική απεικόνιση σύντηξης δευτερίου με τρίτιο προς σχηματισμό ⁴He.

Πυρηνική σύντηξη (συν + τήξη) ονομάζεται η συνένωση ελαφρών πυρήνων σε βαρύτερους με ταυτόχρονη απελευθέρωση ενέργειας, δηλαδή πρόκειται για εξώθερμη αντίδραση. Βέβαια για να θεωρηθεί εξώθερμη αναφερόμαστε σε σύντηξη ελαφρών πυρήνων μέχρι το σίδηρο-56 ή νικέλιο-62. Κατά τη σύντηξη βαρύτερων πυρήνων από αυτούς υπάρχει ενεργειακό έλλειμμα και η αντίδραση γίνεται ενδόθερμη.

Ο μηχανισμός παραγωγής ενέργειας

Η ενέργεια που απελευθερώνεται, οφείλεται στο γεγονός ότι η ενέργεια σύνδεσης ανά νουκλεόνιο στα αντιδρώντα της σύντηξης (ή καλύτερα το άθροισμα των ενεργειών αυτών), είναι μικρότερη από την ενέργεια σύνδεσης ανά νουκλεόνιο που χαρακτηρίζει τον πυρήνα που δημιουργείται. Λόγου χάρη, στο διάγραμμα (βλ.Σχήμα 1) θεωρούμε ως τον πυρήνα που παράγεται λόγω σύντηξης το ⁴He το οποίο έχει μεγαλύτερη ενέργεια σύνδεσης ανά νουκλεόνιο από το άθροισμα των αντίστοιχων ενεργειών σύνδεσης του ²H (δευτερίου) και ³H (τριτίου). Οπότε με τη δημιουργία των προϊόντων στη διαδικασία της σύντηξης, υπάρχει ένα "περίσσευμα" ενέργειας, που οφείλεται στη διαφορά των ενεργειών σύνδεσης και αυτή απελευθερώνεται στο περιβάλλον με μορφή κινητικής ενέργειας στα παραπροϊόντα (π.χ. σωματίδια β ή νετρίνα ηλεκτρονίου) και με τη μορφή ακτινοβολίας γάμμα.

Ποια στοιχεία μπορούν να κάνουν σύντηξη

Πυρηνική σύντηξη μπορούν να κάνουν μόνον ελαφρά στοιχεία, όπως τα ισότοπα του υδρογόνου. Με τη θέρμανση αερίου υδρογόνου σε υψηλές θερμοκρασίες, προκαλούνται συγκρούσεις των πυρήνων των ατόμων του υδρογόνου, τόσο ορμητικές και βίαιες που τελικά αυτοί συνενώνονται δημιουργώντας σταδιακά, πυρήνες ενός άλλου στοιχείου (μεταστοιχείωση), του ηλίου, εκλύοντας ταυτόχρονα θερμική ενέργεια.

Είδη πυρηνικών αντιδράσεων

Οι πυρηνικές αντιδράσεις που περιγράφουν την εξώθερμη σύντηξη υδρογόνου, αρχικά σε δευτέριο και τελικά σε ήλιο είναι οι ακόλουθες:

${}_{1}^{1}H+{}_{1}^{1}H\longrightarrow {}_{1}^{2}H+\beta ^{+}+\nu _{e}$

${}_{1}^{2}H+{}_{1}^{1}H\longrightarrow {}_{2}^{3}He+\gamma$

${}_{2}^{3}He+{}_{2}^{3}He\longrightarrow {}_{2}^{4}He+{}_{1}^{1}H+{}_{1}^{1}H$

Όπου, ${}_{1}^{1}H$ ο πυρήνας του υδρογόνου, ${}_{1}^{2}H$ ο πυρήνας του δευτερίου, ${}_{2}^{3}He$ το ελαφρύ ισότοπο 3 2 του ηλίου και ${}_{2}^{4}He$ το ισότοπο 4 2 του ηλίου που συναντάμε και πιο συχνά στο περιβάλλον. Το β⁺ είναι ένα σωματίδιο β (εν προκειμένω ποζιτρόνιο), το ν_e είναι το νετρίνο ηλεκτρονίου και γ η ακτινοβολία γάμμα.

Κυρίαρχη αντίδραση σύντηξης στον Ήλιο

• Αντιδράσεις σύντηξης εξελίσσονται συνέχεια στον Ήλιο, καθώς και σε θερμοπυρηνικούς αντιδραστήρες ή στα θερμοπυρηνικά όπλα.
• Αντίθετη αντίδραση της πυρηνικής σύντηξης είναι η πυρηνική σχάση.

Δείτε επίσης

• Πυρηνική Φυσική
• Πυρηνική αντίδραση
• Πυρηνική ενέργεια
• Πυρηνικός αντιδραστήρας