Tuuma lõhustumine ja süntees
Lõhustumine lõhestab raske tuuma kergemateks fragmentideks, samal ajal kui süntees ühendab kerged tuumad raskemaks, ja mõlemad protsessid vabastavad energiat, kuna need liigutavad tekkinud tuumad seoseenergia nukleoni kohta kõvera maksimumi poole raua lähedal; lõhustumine saab käigus hoida iseennast levitavat ahelreaktsiooni vabanevate neutronite kaudu, samal ajal kui süntees nõuab äärmuslikku temperatuuri ja rõhku, et ületada tuumadevaheline vastastikune elektrostaatiline tõukumine.
Practise this conceptLõhustumine ja süntees asuvad sama seoseenergia-nukleoni-kohta kõvera vastaskülgedel ja mõlemad vabastavad energiat samal aluseks oleval põhjusel: need liigutavad tekkinud tuumad selle kõvera maksimumi lähedale, raua juurde, kus nukleonid on kõige tugevamalt seotud. Mehhanismid, mille kaudu kumbki käivitub ja käigus püsib, on aga üsna erinevad.
Lõhustumises lõhestub raske tuum nagu uraan-235 kaheks kergemaks fragmendiks, tavaliselt pärast neutroni neeldumist. Kuna raskematel tuumadel on kõrgem neutronite-prootonite suhe kui keskmise massiga fragmentidel, milleks nad lõhustuvad, vabastab lõhustumine koos fragmentidega mitu vaba neutronit ja suure koguse energiat. Need vabanenud neutronid võivad omakorda käivitada lõhustumise lähedalasuvates lõhustuvates tuumades ja kui lõhustuvat materjali on piisavalt — kriitiline mass —, muutub see iseennast käigus hoidvaks ahelreaktsiooniks, vabastades neutroneid ja energiat igas põlvkonnas. Alla kriitilise massi pääseb liiga palju neutroneid ilma edasist lõhustumist tekitamata välja ja reaktsioon sureb välja; see kriitilise massi lävi on põhjus, miks nii kontrollitud reaktorid kui lõhustumisrelvad sõltuvad tundlikult olemasoleva lõhustuva materjali geomeetriast ja kogusest.
Süntees ühendab kaks kerget tuuma, näiteks vesiniku isotoope, raskemaks, vabastades protsessi käigus energiat — see on protsess, mis toidab Päikest ja teisi tähti. Süntees seisab silmitsi teistsuguse takistusega: tuumad on positiivselt laetud ja kahe nende toomine piisavalt lähedale, et lühikese mõjuulatusega tugev tuumajõud saaks neid siduda, nõuab esmalt märkimisväärse elektrostaatilise (Coulombi) tõukumise ületamist. Selle saavutamine kasulikul mastaabil nõuab äärmuslikku temperatuuri (kümneid miljoneid kelvineid) ja rõhku, nii et tuumad põrkuksid piisava kineetilise energiaga, et jõuda piisavalt lähedale, et süntees saaks tõukumisest hoolimata toimuda — tingimused, mis leiduvad looduslikult tähtede tuumades ja mida taotletakse suurte raskustega Maal toimuvas sünteesireaktori uuringus. Erinevalt lõhustumisest ei ole sünteesil samaväärset "kriitilise massi" läve; selle asemel piirab seda vajaliku temperatuuri ja hoidmise (konfinemendi) saavutamine ja säilitamine.
Key ideas
Requires: Tuuma seoseenergia
Unlocks: Tähtede areng ja kompaktsed objektid
Common misconceptions
- Lõhustumine ja süntees on sisuliselt sama protsess, millele on lihtsalt antud erinevad nimed.
- Tuuma lõhustumise ahelreaktsioon toimub automaatselt iga radioaktiivse materjali puhul, sõltumata neutronite tekkest või kriitilisest massist.
- Tuumasünteesi on Maal lihtne käigus hoida, kuna see nõuab vähem äärmuslikke tingimusi kui lõhustumine.
Resources
Kuulub nende TÜ ainete hulka
See mõiste on kaardistatud järgmis(t)e Tartu Ülikooli õppekava aine(te) osaliseks kattmiseks.
- Mikromaailma füüsikaLOFY.01.009