Чим ядерна реакція відрізняється від термоядерної

В принципі, словосполучення «ядерна реакція» і «термоядерна реакція» можуть трактуватися по-різному, проте в який нас контексті під цими термінами зазвичай прийнято розуміти в першому випадку «реакцію поділу ядер» (nuclear fission), а в другому - «реакцію синтезу ядер »(nuclear fusion).

Уявімо себе ненадовго фізиками-ядерниками

Практично вся речовина навколо нас складається з найдрібніших частинок - атомів різних сортів. Самі атоми багато в чому схожі між собою: в серцевині кожного атома є ядро (воно становить ~ 99.9% всієї маси атома і заряджена позитивно) І «кружляють» навколо нього в еквівалентній кількості негативно заряджені електрони, чисельно залежать від сорту обраного нами атома - тобто в цілому атоми в звичайних умовах електрично заряджені.

атом

На відміну від будь-якого цілісного ядра лісового горіха, ядро атома влаштовано складніше: в його складі є два сорти частинок - незаряджених нейтронів і позитивних протонів. За ідеєю, через наявність позитивного заряду у протонів ядро мало б бути негайно «розірване на шматки» силами кулонівського відштовхування (адже саме так поводяться в природі однойменні заряди, розлітаючись один від одного якомога далі!) - однак їм протистоять спеціальні , могутні ядерні сили, які на відстанях, соразмерімих з розміром ядра, виявляються значно сильніше кулонівського відштовхування. Так атом і існує: зовні «пурхають» електрони, а всередині ядра ведуть якийсь свій «взаємний танець» протони і нейтрони.

ядерна реакція

Тонкість ж полягає в тому, що аж ніяк не всі теоретично можливі комбінації протонів і нейтронів «здатні жити в світі» - одну частину з них в принципі неможливо створити, а інша частина поводиться нестійкий: з певною ймовірністю таке «танцює співтовариство» спонтанно розвалюється на осколки з вивільненням енергії - це ядра різних радіоактивних елементів.

А тепер ненадовго «перекваліфікуємо» в астрофізиків

Після прочитання попереднього абзацу виникає резонне питання: звідки взагалі взялося таке дике різноманітність звичайних і радіоактивних атомів, які ми зараз навколо себе спостерігаємо? Якщо говорити по-простому і знехтувати поруч тонкощів, то з точки зору сучасної науки після виникнення Всесвіту в ній практично не було ніяких інших атомів, крім найпростішого атома водню (ядра-протона з одним електроном) і гелію.

Під дією гравітації з гігантських хмар водню виникли перші зірки, де почалася реакція синтезу: якщо атоми водню гарненько стиснути разом і підігріти, то деяким ядер-протонам вдається подолати електростатичне відштовхування і зійтися настільки, що ядерні сили змушують їх з`єднатися в одне ядро - і попутно виділяється енергія, за рахунок якої зірка «і світить, і гріє». Реакція синтезу ядер найбільш енергетично ефективна для ядер водню, проте і більш важкі ядра «зі скрипом» здатні в неї вступати, синтезуючи більш масивні ядра (вуглець, кисень і так далі).

Однак як тільки справа доходить до заліза, «вічне свято і веселощі» негайно закінчуються: синтез заліза вже не супроводжується виділенням енергії - і все енергетичні реакції в зірці загасають, а накопичення ядер заліза «вбиває» досить масивну зірку - вона вибухає як наднова, розкидаючи в простір навколо себе своє речовина (попутно відзначимо, що наше Сонце відноситься до третього покоління зірок, що виникли з речовини, що залишився після «смерті» перших двох). Саме в момент «смерті» зірки і народжуються більш важкі ніж залізо ядра, коли жахливі по потужності і концентрації потоки нейтронів і протонів взаємодіють з усім іншим речовиною «вмираючої» зірки. Тут же виникають і важкі радіоактивні елементи, «запасають» в собі на час ту енергію, що потім виділиться при їх розпаді.

термоядерна реакція

Підведемо підсумки

Отже, ядерна реакція взагалі - це взаємодія ядра з будь-яким іншим ядром або елементарною частинкою, в результаті чого склад і / або будова ядра може змінюватися.
Термоядерна реакція (реакція синтезу) - вид ядерної реакції, в якій більш легкі атомні ядра за рахунок кінетичної енергії їх теплового руху об`єднуються в більш важкі.
Ядерна реакція розпаду (реакція поділу) - вид ядерної реакції, в якій ядро спонтанно або під дією зовнішньої частки розпадається на два-три осколка (більш легких ядра / частки).