Please note that some of the translations on this page are AI generated. Click here for the English version.
תהליך המרת גרעינים קלים מאוד לגרעינים כבדים יותר מלווה גם בהמרה של מסה לכמויות גדולות של אנרגיה, תהליך הנקרא היתוך. מקור האנרגיה העיקרי בשמש הוא תגובת היתוך נטו שבה ארבעה גרעיני מימן מתמזגים ובסופו של דבר מייצרים גרעין הליום אחד ושני פוזיטרונים.
לגרעין הליום יש מסה הנמוכה ב-0.7% מזו של ארבעה גרעיני מימן; המסה האבודה הזו מומרת לאנרגיה במהלך ההיתוך. תגובה זו מייצרת כ-1.7 × 109 עד 2.6 × 109 קילו-ג'ול של אנרגיה לכל מול של הליום-4 המיוצר, בהתאם למסלול ההיתוך. זה מעט פחות מהאנרגיה המופקת מביקוע גרעיני של מול אחת של U-235 (1.8 × 1010 קילו-ג'ול). עם זאת, היתוך של גרם אחד של הליום-4 מייצר כ-6.5 × 108 קילו-ג'ול, שהוא גדול יותר מהאנרגיה המופקת מביקוע של גרם אחד של U-235 (8.5 ×107 קילו-ג'ול). זה בולט במיוחד מכיוון שהמגיבים להיתוך הליום הם פחות יקרים והרבה יותר בשפע מאשר U-235.
נקבע כי הגרעינים של האיזוטופים הכבדים של מימן, דאוטריום טריטיום, עוברים היתוך תרמו-גרעיני בטמפרטורות גבוהות במיוחד ליצירת גרעין הליום ונויטרון. שינוי זה ממשיך עם אובדן מסה של 0.0188 אמו, המתאים לשחרור של 1.69 × 109 קילו-ג'ול לכל מול של הליום-4 שנוצר. הטמפרטורה הגבוהה מאוד נחוצה כדי לתת לגרעינים מספיק אנרגיה קינטית כדי להתגבר על כוחות הדחייה החזקים מאוד הנובעים מהמטענים החיוביים על הגרעינים שלהם כדי שיוכלו להתנגש.
תגובות היתוך שימושיות דורשות טמפרטורות גבוהות מאוד לתחילתן - כ-15,000,000 K או יותר. בטמפרטורות אלו, כל המולקולות מתפרקות לאטומים, והאטומים מייננים ויוצרים פלזמה. תנאים אלה מתרחשים במספר רב ביותר של מיקומים ברחבי היקום - כוכבים מופעלים על ידי היתוך.
זוהי משימה מאתגרת ליצור כורי היתוך מכיוון שאף חומרים מוצקים אינם יציבים בטמפרטורות כה גבוהות והתקנים מכניים אינם יכולים להכיל את הפלזמה שבה מתרחשות תגובות היתוך. שתי שיטות להכיל פלזמה בצפיפות ובטמפרטורה הדרושה לתגובת היתוך נמצאות כיום במוקד מאמצי מחקר אינטנסיביים: שמירה על ידי שדה מגנטי בכור טוקאמק ושימוש בקרנות לייזר ממוקדות. עם זאת, נכון לעכשיו אין כורי היתוך עצמאיים שפועלים בעולם, למרות שתגובות היתוך מבוקרות בקנה מידה קטן מופעלות לתקופות קצרות מאוד.
טקסט זה מותאם מOpenstax, Chemistry 2e, Section 21.4: Transmutation and Nuclear Energy.
מיזוג של גרעיני אטום קטנים כמו של מימן ליצירת גרעינים גדולים יותר כמו של הליום נקראת היתוך גרעיני"כיוון שהגרעינים צריכים להתגבר על דחייה אלקטרוסטטית, תגובות היתוך דורשות טמפרטורות של 40 מיליון קלווין או יותר, ולכן נקראות תגובות תרמו-גרעיניות"נוקלאונים עם מספרי מסה שבין 40 ל-100 הם בעלי אנרגיות קשר גבוהות לכל נוקלאון ויציבים בדרך כלל. לכן, גרעינים קלים יותר עם אנרגיות קשר גרעיניות נמוכות לכל נוקלאון נוטים להיקשר ובכך ליצור גרעינים כבדים יותר עם אנרגיות קשק גבוהות יותר. ההפרש בין אנרגיות הקשר הגרעיניות של הוקלידי התוצר והמגיב מייצר כמות עצומה של אנרגיה.
יש לציין שהאנרגיה המשתחררת במהלך היווצרות של גרם אחד של הליום-4 גדולה משמעותית מזו של ביקוע של גרם אחד של אורניום-235. אז האם היתוך משמש לייצור חשמל? ובכן, עדיין לא!
בטמפרטורות הגבוהות הנדרשות למיזוג, כל המולקולות מתנתקות לאטומים המיוננים, ויוצרים פלזמה. בתגובות כאלה, שדה מגנטי חזק בצורת טורוס משמש ככור. אך שימוש יעיל בהן הוא עדיין אתגר טכני.
היתוך של מימן להליום הוא אחד מתהליכי שריפת המימן המרכזיים בכוכבי רצף ראשי כמו השמש. ברגע שכוכבים מתחילים בהיתוך הליום, שני גרעיני הליום מתמזגים ליצירת בריליום-8. שלא כמו הליום-4, בריליום-8 הוא מאוד לא יציב, מה שהופך את ההיתוך לתגובה אנדותרמית, קלה להיפוך.
ככל שהיתןך ההליום מואץ, יש יותר בריליום-8 והוא מתמזג עם הליום-4 ליצירת פחמן-12 במצב מעורר, שמדי פעם נרגע והופך לפחמן-12 יציב. בכוכבים מסיביים, שרשרת של תגובות היתוך, המתחילה מההיתוך של פחמן-12 והליום-4, מייצרת רצף של יסודות עד מגנזיום-24. כשתגובות היתוך נוספות יוצרות נוקלידים כבדים יותר, ההבדל ההולך ופוחת באנרגיות הקשר בין מגיבים ותוצרים מוביל לכך שפחות אנרגיה מיוצרת כתוצאה מהתגובות הללו.
הרצף מסתיים בניקל-56, שהוא בעל אנרגיות הקשר מהגבוהות ביותר לנוקלאון. לעומת זאת, אלמנטים כבדים יותר מיוצרים על ידי אירועים מרובים של לכידת ניטרונים או פרוטונים, המתרחשים ממש לפני תחילתם או במהלכם של הפיצוצים הייחודיים של כוכבים, סופרנובות.
Radioactivity and Nuclear Chemistry
25.7K צפיות
Radioactivity and Nuclear Chemistry
18.8K צפיות
Radioactivity and Nuclear Chemistry
21.8K צפיות
Radioactivity and Nuclear Chemistry
14.2K צפיות
Radioactivity and Nuclear Chemistry
35.9K צפיות
Radioactivity and Nuclear Chemistry
11.3K צפיות
Radioactivity and Nuclear Chemistry
8.9K צפיות
Radioactivity and Nuclear Chemistry
33.2K צפיות
Radioactivity and Nuclear Chemistry
20.0K צפיות
Radioactivity and Nuclear Chemistry
17.0K צפיות
