Phản ứng tổng hợp hạt nhân

Phản ứng tổng hợp hạt nhân

Phản ứng tổng hợp hạt nhân D-T xem là nguồn năng lượng tiềm tàng.

*Phản ứng tổng hợp hạt nhân hay phản ứng hợp hạch, trong vật lý học, là quá trình 2 hạt nhân hợp
lại với nhau để tạo nên một nhân mới nặng hơn. Cùng với quá trình này là sự phóng thích năng
lượng hay hấp thụ năng lượng tùy vào khối lượng của hạt nhân tham gia. Nhân sắt và nickel có năng
lượng kết nối nhân lớn hơn tất cả các nhân khác nên bền vững hơn các nhân khác. Sự kết hợp hạt
nhân của các nguyên tử nhẹ hơn sắt và nickel thì phóng thích năng lượng trong khi với các nhân nặng
hơn thì hấp thụ năng lượng.
Phản ứng hợp hạch là một trong hai loại phản ứng hạt nhân. Loại kia là phản ứng phân hạch.
Phản ứng tổng hợp hạt nhân của các nguyên tử nhẹ tạo ra sự phát sáng của các ngôi sao và làm cho
bom hydro nổ. Phản ứng tổng hợp hạt nhân của các nhân nặng thì xảy ra trong điều kiện các vụ nổ
sao (siêu tân tinh). Phản ứng tổng hợp hạt nhân trong các sao và các chòm sao là quá trình chủ yếu
tạo ra các nguyên tố hóa học tự nhiên.
Nhiên liệu thường dùng trong phản ứng tổng hợp hạt nhân là đồng vị deuterium,tritium của Hydrogen.
Các đồng vị này có thể trích lấy dễ dàng từ thành phần nước biển, hoặc tổng hợp không mấy tốn kém
từ nguyên tử Hydrogen.
Để làm cho các hạt nhân hợp lại với nhau, cần tốn một nguồn năng lượng rất lớn, ngay cả với các
nguyên tử nhẹ nhất như hydro. Điều đó được giải thích là do các quá trình của phản ứng đều khó thực
hiện: bước 1 cần phải nguyên tử hóa các phân tử, ion hóa hoàn toàn tất cả các nguyên tử, đồng thời
tách loại electron để biến nhiên liệu phản ứng hoàn toàn trở thành hạt nhân không có electron ở thể
plasma. Sau đó cần phải cung cấp động năng cực kỳ lớn cho các hạt nhân vượt qua tương tác đẩy
Coulomb giữa chúng mà va vào nhau. Nhiệt độ cần thiết có thể lên đến hàng triệu độ C.Nhưng sự kết
hợp của các nguyên tử nhẹ, để tạo ra các nhân nặng hơn và giải phóng 1 neutron tự do, sẽ phóng
thích nhiều năng lượng hơn năng lượng nạp vào lúc đầu khi hợp nhất hạt nhân. Điều này dẫn đến một
quá trình phóng thích năng lượng có thể tạo ra phản ứng tự duy trì(Tuy nhiên, từ hạt nhân sắt trở đi,
việc tổng hợp hạt nhân trở nên thu nhiệt nhiều hơn tỏa nhiệt) Việc cần nhiều năng lượng để khởi động
thường đòi hỏi phải nâng nhiệt độ của hệ lên cao trước khi phản ứng xảy ra. Chính vì lý do này mà
phản ứng hợp hạch còn được gọi là phản ứng nhiệt hạch.
Năng lượng phóng thích từ phản ứng hạt nhân thường lớn hơn nhiều so với phản ứng hóa học, bởi vì

năng lượng kết dính giữ cho các nhân với nhau lớn hơn nhiều so với năng lượng để giữ các electron
với nhân. Ví dụ, năng lượng để thêm 1 electron vào nhân thì bằng 13.6 eV, nhỏ hơn một phần triệu
của 17 MeV giải phóng từ phản ứng D-T (deuterium-tritium, các đồng vị của Hiđrô).

*Mục lục
• 1 Ứng dụng
• 2 Xem thêm


• 3 Tham khảo
• 4 Liên kết ngoài

*Ứng dụng
Hiện nay, nghiên cứu về tính khả thi của phương pháp tổng hợp hạt nhân như một nguồn cung cấp
năng lượng thực tiễn đang được thực hiện với hi vọng khống chế được tốc độ cũng như lượng nhiệt
của phản ứng. Với các vật liệu được biết đến ngày nay thì không có vật liệu nào chịu được nhiệt độ
quá cao của phản ứng - do đó, hiện tại phản ứng nhiệt hạch được thực hiện một cách không khống
chế nên gây lãng phí năng lượng. Một số nghiên cứu hướng đến việc sử dụng chùmlaser hội tụ để
nhắm vào nhiên liệu hạt nhân, ép chúng ở nhiệt độ rất cao để gây ra phản ứng, thay vì sử dụng nhiệt
lượng tỏa ra từ khối uranium phân hạch như phương pháp truyền thống. Ngoài ra, người ta cũng có
thể dùng từ trường ngoài khống chế các hạt nhân, đảm bảo chúng không va chạm vào thành bình
chứa chúng, giữ cho phản ứng được thực hiện trong điều kiện ít tốn kém và hiệu suất cao.
Nếu việc ứng dụng công nghệ năng lượng này trở thành hiện thực, nó sẽ trở thành nguồn năng lượng
lý tưởng cho con người. Các đặc tính ưu việt như: mật độ năng lượng rất cao (lớn hơn hàng tỷ lần mật
độ năng lượng của các nhiên liệu hóa thạch, hơn hàng chục lần mật độ năng lượng của nhiên liệu
phân hạch), hoàn toàn không gây ô nhiễm môi trường (nếu nhiên liệu là các đồng vị H như D, T thì sản
phẩm thải là heli, khí hiếm hoàn toàn không gây bất kì ảnh hưởng nào đến môi trường), công nghệ hạt
nhân và tổng hợp đồng vị phát triển, nguồn nhiên liệu thô - H - để tổng hợp D, T, là vô tận trong vũ trụ,
là những điểm vượt trội của loại hình năng lượng này mà không có loại hình năng lượng nào khác có
được. Một khi công nghệ hóa hữu cơ đã phát triển được vật liệu thích hợp làm bình chứa cho phản

ứng, và công nghệ hạt nhân tìm ra được phương pháp khống chế hiệu quả, thì loại năng lượng sẽ trở
thành một nguồn năng lượng không thể thiếu của con người.

*Xem thêm
•
•

Phản ứng hạt nhân
Phản ứng phân hạch

Tham khảo
Liên kết ngoài:
•

Tổng quan năng lượng hạt nhân:

Công nghệ hạt nhân

S.T.X

Khoa học

Vật lý · Phân hạch · Hợp hạch · Phóng xạ (Ion hóa) · Hạt nhân · An toàn · Hóa học · Kỹ thuật hạt nhân

Nguyên liệu

Fissile · Fertile · Thori · Urani (Giàu • Nghèo) · Plutoni · Deuteri · Triti · Tách đồng vị

Năng lượng

Công nghệ lò phản ứng · Kinh tế · Đẩy bằng hạt nhân (Tên lửa) · Năng lượng hợp hạch ·Nhiệt điện đồng vị (RTG)

Nước nhẹÁp lực (PWR) · Nước sôi (BWR) · Siêu tới hạn (SCWR) · Nước nặng (PHWR · CANDU)
Lò phản ứng
phân hạch
bằng

CacbonĐáy bằng cuội (PBMR) · Nhiệt độ rất cao (VHTR) · UHTREX · RBMK · Magnox · AGR
Li / BeMuối nung chảy (MSR)

kiểm soát

NoneBreeder (FBR) · Lò phản ứng kim loại lỏng (LMFR) · Integral (IFR) · SSTAR


Nơtron nhanhThế hệ IV làm nguội bằng chất lỏng: (Khí (GFR) · Chì (LFR) · Natri (SFR))

Chụp ảnhPositron emission (PET) · Single photon emission (SPECT) · Gamma camera · Tia X
Y học
Điều trịĐiều trị phóng xạ · TomoTherapy · Proton · Brachytherapy · Boron neutron capture (BNCT)

Lịch sử · Thiết kế · Chiến tranh · Chạy đua hạt
Chủ đề nhân · Nổ (Ảnh hưởng) ·Thử nghiệm (Dưới lòng
Vũ khí

đất) · Cung cấp · Gia tăng hạt nhân · Lợi nhuận (TNTe)

Danh sách Bang · Thử hạt nhân · Vũ khí · Pop culture

Chu trình nguyên liệu · Nguyên liệu đã qua sử

Thải dụng (Hồ • Thùng ta nô) · Chứa trong lòng đất ·Tái xử
lý · Biến đổi

Chất thải
Các kiểu

Urani tái xử lý • Đồng vị plutoni · Tạp chất actinid · Sản
phẩm phân hạch (LLFP) ·Sản phẩm phóng xạ