Tuumasüntees
Tuumasüntees on protsess, mille käigus kahest kergemast tuumast moodustub üks raske tuum (aatomi osa). Seda protsessi nimetatakse tuumareaktsiooniks. See vabastab suure hulga energiat.
Fusioonil tekkiv tuum on raskem kui kumbki lähteaine. Siiski ei ole see nii raske kui lähteaatomite (aatomite) algmassi kombinatsioon. See kaotatud mass muutub suureks energiaks. Seda näitab Einsteini kuulus võrrand E=mc2.
Termotuumasüntees toimub tähtede keskel, näiteks Päikesel. Vesiniku aatomid sulanduvad kokku, et saada heeliumi. Seejuures vabaneb palju energiat. See energia annab jõudu tähe soojusele ja valgusele. Kõiki elemente ei saa ühendada. Raskemad elemendid on raskemini ühendatavad kui kergemad. Raud (metall) ei saa teiste aatomitega sulanduda. See ongi põhjus, miks tähed surevad. Tähed ühendavad kõiki oma aatomeid, et teha raskemaid eri tüüpi aatomeid, kuni nad hakkavad tegema rauda. Raua tuum ei saa sulanduda teiste tuumadega. Reaktsioonid peatuvad. Täht jahtub lõpuks maha ja sureb.
Maal on väga raske käivitada tuumasünteesi reaktsiooni, mis vabastab rohkem energiat, kui on vaja reaktsiooni käivitamiseks. Põhjus on selles, et tuumasünteesi reaktsioonid toimuvad ainult kõrgel temperatuuril ja rõhul, nagu Päikesel, sest mõlemal tuumal on positiivne laeng ja positiivne tõukab positiivset. Ainus viis tõrjumise peatamiseks on panna tuumad väga suurel kiirusel üksteise vastu põrkuma. Seda teevad nad ainult kõrge rõhu ja temperatuuri juures. Ainus edukas lähenemine on seni olnud tuumarelvad. Vesinikupommis kasutatakse aatomi (lõhustumise) pommi, et käivitada tuumasünteesi reaktsioonid. Teadlased ja insenerid on aastakümneid püüdnud leida turvalist ja toimivat viisi, kuidas kontrollida ja ohjeldada termotuumareaktsioone elektrienergia tootmiseks. Neil on veel palju probleeme, mis tuleb lahendada, enne kui termotuumasünteesi saab kasutada puhta energiaallikana.
Perioodilise tabeli versioon, mis näitab elementide päritolu - sealhulgas tähtede nukleosünteesi -. Üle 94. taseme elemendid on inimtekkelised ja neid ei ole lisatud.
Vesiniku deuteerium-triitiumi (D-T) termotuumareaktsiooni kasutatakse termotuumaenergia eraldamiseks.
Päike toodab oma energiat vesiniku tuumade tuumasünteesi teel heeliumiks. Oma tuumas sulatab Päike igal sekundil 620 miljonit tonni vesinikku.
Küsimused ja vastused
K: Mis on tuumasüntees?
V: Tuumasüntees on protsess, mille käigus kahest kergemast tuumast moodustub üks raske tuum (aatomi osa). Seda protsessi nimetatakse tuumareaktsiooniks ja see vabastab suure hulga energiat.
K: Kuidas see protsess toimib?
V: Fusiooni käigus tekkiv tuum on raskem kui kumbki lähteaine, kuid mitte nii raske kui nende algne mass. See kaotatud mass muutub suureks energiaks, mida võib näha Einsteini kuulsas E=mc2 võrrandis.
K: Kus see protsess toimub?
V: Fusioon toimub tähtede keskel, näiteks meie Päikesel, kus vesiniku aatomid sulanduvad kokku heeliumiks ja vabastavad palju energiat, mis annab energiat soojusele ja valgusele.
K: Kas kõik elemendid on võimelised ühinemise teel ühenduma?
V: Ei, raskemad elemendid on raskemini ühendatavad kui kergemad ja raud (metall) ei saa üldse teiste aatomitega sulanduda. Seetõttu surevadki tähed, kui nad ühendavad kõik oma aatomid raskemateks aatomiteks, kuni nad hakkavad tegema rauda, mida ei saa enam sulatada.
K: Kas Maal on lihtne tuumasünteesi reaktsioone käivitada?
V: Ei, see on väga raske, sest need reaktsioonid toimuvad ainult kõrgel temperatuuril ja rõhul nagu Päikesel, sest mõlemal tuumal on positiivsed laengud, mis tõrjuvad üksteist, nii et nad peavad üksteist väga suurel kiirusel tabama, et nad saaksid edukalt sulanduda.
K: Kas kellelgi on õnnestunud neid reaktsioone elektrienergia tootmiseks kontrollida või piirata?
V: Veel mitte - teadlased ja insenerid on püüdnud aastakümneid, kuid enne, kui termotuumasünteesi saab kasutada puhta energiaallikana, on veel palju probleeme.
K: Mis on seni olnud edukas seoses tuumasünteesiga?
V: Ainus edukas lähenemine on seni olnud tuumarelvades, kus vesinikupommi puhul kasutatakse reaktsiooni käivitamiseks aatomipommi (lõhustumist).
