Два главных типа ядерных реакций
Деление — тяжёлое ядро (уран-235, плутоний-239) поглощает нейтрон и раскалывается на два средних ядра + 2–3 новых нейтрона + энергия. Новые нейтроны вызывают новые деления — цепная реакция.
Синтез — два лёгких ядра (водород, дейтерий, тритий) сливаются в одно более тяжёлое (гелий). Требует экстремальных температур (~10⁷–10⁸ К) и давления. Именно так работает Солнце — каждую секунду оно превращает ~600 млн тонн водорода в гелий.
Дефект массы и формула Эйнштейна
Масса продуктов реакции всегда немного меньше массы исходных ядер. Это «пропавшее» вещество — дефект массы Δm — превращается в энергию:
Скорость света c ≈ 3·10⁸ м/с, поэтому даже ничтожное Δm даёт огромное E. При делении 1 кг урана-235 выделяется энергия, эквивалентная ~2 000 тонн угля.
АЭС: деление на службе человека
В ядерном реакторе цепная реакция деления урана поддерживается в управляемом режиме. Тепло нагревает воду, пар крутит турбину — дальше как на обычной тепловой станции, только без сжигания угля или газа. Около 10% мировой электроэнергии производится на АЭС.
Термоядерный синтез: будущее энергетики?
Реакция D + T → ⁴He + n выделяет примерно в 4 раза больше энергии на килограмм топлива, чем деление урана, а топлива (дейтерий из воды) хватит на миллиарды лет. Проблема — удержать плазму при 100 млн °C. Над этим работает международный проект ITER во Франции.
