Rozszczepienie jądrowe a synteza jądrowa

Rozszczepienie jądrowe i synteza jądrowa są zjawiskami jądrowymi, które uwalniają duże ilości energia, ale są to różne procesy, które dają różne produkty. Dowiedz się, czym są rozszczepienie jądrowe i synteza jądrowa i jak je rozróżnić.

Rozszczepienia jądrowego ma miejsce, gdy atom jądro dzieli się na dwa lub więcej mniejszych jąder. Te mniejsze jądra nazywane są produktami rozszczepienia. Cząsteczki (np. Neutrony, fotony, cząstki alfa) zwykle również są uwalniane. To jest proces egzotermiczny uwalniając energię kinetyczną produktów rozszczepienia i energię w postaci promieniowania gamma. Powodem uwalniania energii jest to, że produkty rozszczepienia są bardziej stabilne (mniej energetyczne) niż jądro macierzyste. Rozszczepienie można uznać za formę transmutacji pierwiastków, ponieważ zmiana liczby protonów pierwiastka zasadniczo zmienia element z jednego na drugi. Rozszczepienie jądrowe może wystąpić naturalnie, tak jak w przypadku rozpadu izotopy radioaktywnelub może zostać zmuszony do wystąpienia w reaktorze lub broni.

Przykład rozszczepienia jądrowego: ²³⁵₉₂U + ¹₀n → ⁹⁰₃₈Sr + ¹⁴³₅₄Xe + 3¹₀n

Fuzja nuklearna jest procesem, w którym jądra atomowe są połączone w celu utworzenia cięższych jąder. Ekstremalnie wysokie temperatury (rzędu 1,5 x 10⁷° C) może zmusić jądra do siebie, aby silna siła jądrowa mogła je związać. Duże ilości energii są uwalniane, gdy następuje fuzja. Może się wydawać sprzeczne z intuicją, że energia jest uwalniana zarówno podczas rozpadu atomów, jak i łączenia się. Powodem uwolnienia energii z fuzji jest to, że dwa atomy mają więcej energii niż pojedynczy atom. Potrzeba dużo energii, aby zmusić protony wystarczająco blisko siebie, aby pokonać odpychanie między nimi, ale w pewnym momencie silna siła, która je wiąże, pokonuje odpychanie elektryczne.

Kiedy jądra są połączone, nadmiar energii jest uwalniany. Podobnie jak rozszczepienie, synteza jądrowa może również przekształcić jeden element w drugi. Na przykład jądra wodoru łączą się w gwiazdach, tworząc pierwiastek hel. Fuzja jest również używana do wymuszania razem jąder atomowych w celu utworzenia najnowszych elementów na układzie okresowym pierwiastków. Podczas gdy fuzja zachodzi w naturze, zachodzi w gwiazdach, a nie na Ziemi. Fuzja na Ziemi występuje tylko w laboratoriach i broni.

Reakcje zachodzące na słońcu stanowią przykład fuzji jądrowej:

¹₁H + ²₁H → ³₂On

³₂On + ³₂On → ⁴₂On + 2¹₁H.

¹₁H + ¹₁H → ²₁H + ⁰₊₁β

Zarówno rozszczepienie, jak i fuzja uwalniają ogromne ilości energii. Mogą wystąpić zarówno reakcje rozszczepienia, jak i fuzji bomby nuklearne. Jak zatem odróżnić rozszczepienie od fuzji?

• Rozszczepienie rozszczepia jądra atomowe na mniejsze części. Pierwiastki mają wyższą liczbę atomową niż liczba produktów rozszczepienia. Na przykład uran może rozszczepić się, aby uzyskać stront i krypton.
• Fuzja łączy jądra atomowe razem. Utworzony pierwiastek ma więcej neutronów lub więcej protonów niż materiału wyjściowego. Na przykład wodór i wodór mogą się stopić, tworząc hel.
• Rozszczepienie zachodzi naturalnie na Ziemi. Przykładem jest spontaniczne rozszczepienie uran, co dzieje się tylko wtedy, gdy wystarczająca ilość uranu występuje w wystarczająco małej objętości (rzadko). Natomiast synteza nie występuje naturalnie na Ziemi. Fuzja występuje w gwiazdach.