Loading presentation...

Present Remotely

Send the link below via email or IM

Copy

Present to your audience

Start remote presentation

  • Invited audience members will follow you as you navigate and present
  • People invited to a presentation do not need a Prezi account
  • This link expires 10 minutes after you close the presentation
  • A maximum of 30 users can follow your presentation
  • Learn more about this feature in our knowledge base article

Do you really want to delete this prezi?

Neither you, nor the coeditors you shared it with will be able to recover it again.

DeleteCancel

Make your likes visible on Facebook?

Connect your Facebook account to Prezi and let your likes appear on your timeline.
You can change this under Settings & Account at any time.

No, thanks

PROMIENIOTWÓRCZOSC NATURALNA I SZTUCZNA

No description
by

Teresa Olszewska

on 18 May 2014

Comments (0)

Please log in to add your comment.

Report abuse

Transcript of PROMIENIOTWÓRCZOSC NATURALNA I SZTUCZNA

Promieniowanie towarzyszące przemianom jądrowym (zarówno elektromagnetyczne jak i w postaci strumienia cząstek) przechodząc przez substancję ośrodka powoduje jonizację (wybijanie elektronów z atomów). Promieniowanie to, po przekroczeniu pewnego poziomu, ma szkodliwy wpływ na żywe organizmy. Pochłonięcie jego dużej dawki może spowodować chorobę popromienną.

Źródłami radioaktywności są niestabilne izotopy pierwiastków, zarówno występujących w naturze, jak i wytworzonych przez człowieka. Do najbardziej znaczących należą:

• ³H, wytwarzany m.in. w wyniku eksperymentów termojądrowych, a także w wyniku reakcji jądrowych zachodzących w atmosferze,
• 14C, stale produkowany przez promieniowanie kosmiczne w górnych warstwach atmosfery, obecny we wszystkich organizmach żywych, w tym w ciele człowieka,


• 40K, obecny m.in. w minerałach i kościach, stanowiący 0,0117% całej zawartości potasu,
• Rn, krótko żyjący element tzw. szeregów promieniotwórczych; jest gazem, więc może uwalniać się z miejsca powstania, np. z gleby, materiałów budowlanych itp.; największe znaczenie ma 222Rn, pochodzący z szeregu 238U, jego okres połowicznego zaniku wynosi 3,8 dnia,
• Ra, także pierwiastek występujący w szeregach promieniotwórczych; największe znaczenie ma izotop 226Ra z szeregu 238U, którego okres połowicznego zaniku wynosi 1599 lat,
• 232Th, długo żyjący izotop obecny w niektórych minerałach i w glebie,
• U, występujący w minerałach i w glebie; największe znaczenie mają: 238U, mniej obfity izotop 235U oraz sztucznie uzyskany 233U – dzięki podatności na rozszczepienie są wykorzystywane w reaktorach i bombach jądrowych,
• Pu, uzyskiwany sztucznie z uranu; izotop 239Pu, także podatny na rozszczepienie, stosowany jest podobnie jak uran.

Radioaktywność tych i wielu innych izotopów ma zastosowania w medycynie (diagnostyka, terapia nowotworów), archeologii i geologii (datowanie izotopowe), technice oraz badaniach naukowych.

HISTORIA ODKRYCIA RADIOAKTYWNOŚCI
Zjawisko promieniotwórczości odkrył francuski fizyk Henri Becquerel w 1896 roku, badając zjawisko fosforescencji. Jego doświadczenia polegały na naświetlaniu światłem słonecznym minerałów, a potem zawijaniu ich w kliszę światłoczułą w celu zbadania, czy występuje zjawisko fosforescencji, czyli świecenie badanej substancji (zaczerniające kliszę), indukowane światłem słonecznym. Z powodu niepogody nie zdążył naświetlić światłem słonecznym próbki rudy uranowej, włożył ją więc do swojego fartucha laboratoryjnego. Klisza i próbka rudy były przechowywane w ten sposób przez kilka dni, po czym Becquerel przypomniał sobie o kliszy i ją wywołał. Okazało się, że uległa prześwietleniu, ale tylko w miejscach, gdzie stykała się z próbką rudy. Zainteresowany tym zjawiskiem Becquerel przetestował wpływ innych soli o właściwościach fosforescencyjnych na klisze fotograficzne i zauważył, że nie tylko rudy uranu, ale też jego sole powodują to zjawisko, tak więc zjawisko prześwietlania klisz okazało się niezwiązane z samą fosforescencją. Becquerel zaczął studiować to zagadnienie głębiej, starając się dociec przyczyn zjawiska. Jego badania dowiodły, że źródłem nowego promieniowania nie jest tylko sól uranu, lecz uran metaliczny oraz każdy związek chemiczny, zawierający wystarczającą ilość uranu.


Becquerel zbadał naturę tego promieniowania i doszedł do wniosku, że jest to promieniowanie elektromagnetyczne o zbliżonej charakterystyce do promieni X (dziś wiemy, że jest to błędna interpretacja, bowiem promieniowanie to składa się z promieniowania alfa, beta i gamma, emitowanego przez uran i produkty jego rozpadu). Udało mu się także znaleźć półilościowe zależności między mocą tego promieniowania, a zawartością uranu w próbce. Becquerel nie mógł prawidłowo zinterpretować zaobserwowanego nowego zjawiska, bowiem był, tak jak jego ojciec, znawcą zjawiska fosforescencji. Sugerował więc istnienie tzw. fosforescencji opóźnionej, występującej po kilku dniach od naświetlania. Nie dysponował również wystarczająco dokładną metodą pomiarową, miał bowiem do dyspozycji tylko klisze fotograficzne.
W przypadku jednej z posiadanych przez Becquerela rud uranu zależność ta jednak nie była z jakichś powodów spełniona. Zadanie wyjaśnienia tego problemu Becquerel powierzył Marii Skłodowskiej-Curie w ramach jej pracy doktorskiej. Skłodowska-Curie, ze swoim mężem Piotrem Curie, zauważyła, że niektóre rudy uranowe wykazują znacznie wyższą radioaktywność, niżby to wynikało z obecności samego uranu. Korzystnym zbiegiem okoliczności było niedawne odkrycie przez jej męża Piotra i jego brata Jacques'a zjawiska piezoelektryczności kwarcu(polegające na pojawieniu się pod wpływem naprężeń mechanicznych ładunków elektrycznych na powierzchni kwarcu), co umożliwiło skonstruowanie bardzo czułego przyrządu do pomiaru prądu jonizacji powietrza, wywołanej promieniowaniem. Nie musiała już oceniać stopnia zaczernienia kliszy fotograficznej, ale mogła podać dokładne wartości prądu jonizacji, zmierzone elektrometrem. W ten sposób ustaliła, że rudy uranowe wykazują dużo większą radioaktywność, niż sam uran, co może świadczyć o istnieniu jakichś innych związków promieniotwórczych.
INFORMACJE OGÓLNE

Szczególnym rodzajem promieniotwórczości jest rozszczepienie jądra atomowego, podczas którego radioaktywne jądro rozpada się na dwa fragmenty oraz emituje liczne cząstki, między innymi neutrony, które mogą indukować kolejne rozszczepienia. Zjawisko takiej reakcji łańcuchowej jest wykorzystane w elektrowniach jądrowych oraz w bombach jądrowych.

PROMIENIOTWÓRCZOŚĆ NATURALNA I SZTUCZNA
Radioaktywność (promieniotwórczość) jest to zdolność jąder atomowych do rozpadu promieniotwórczego, który najczęściej jest związany z emisją cząstek alfa, cząstek beta oraz promieniowania gamma. Na przemianę jądra nie mają wpływu czynniki zewnętrzne takie jak: temperatura, pole magnetyczne czy skupienie materiału promieniotwórczego.
Podjęła więc żmudne badania, polegające na wyizolowaniu tych związków z rudy uranowej na drodze operacji chemicznych. Skłodowska-Curie odkryła i wydzieliła w ten sposób nowy pierwiastek, rad, który był wielokrotnie bardziej radioaktywny od uranu. Wyodrębnienie tego pierwiastka umożliwiło dokładniejsze zbadanie zależności ilościowych emisji energii od zawartości pierwiastka promieniotwórczego w próbce i odkrycie, że radioaktywność polega w istocie na emisji trzech różnych rodzajów promieniowania oraz przemianie jednego pierwiastka w drugi (radu w gazowy radon) na skutek zjawiska rozpadu promieniotwórczego. Wydzielenie mierzalnych ilości nowego pierwiastka było wymagane, aby określić jego właściwości oraz otrzymać widmo emisyjne, co było niezbędne do zgłoszenia tego pierwiastka jako nowego. Dziś pierwiastki radioaktywne oznaczamy na podstawie rodzaju i energii emitowanego promieniowania. W podobny sposób wcześniej, przed odkryciem radu, Maria Skłodowska-Curie wydzieliła polon.
W tym samym mniej więcej czasie zjawiskiem radioaktywności zainteresował się Ernest Rutherford, odkrywca jądra atomu. Rutherford dostał próbkę czystego uranu od Becquerela w celu zbadania emitowanego promieniowania. Rutherford rozłożył to promieniowanie na 3 składowe, nazwane promieniowaniem alfa, beta i gamma. Najważniejszym dokonaniem Rutherforda w tej dziedzinie było ustalenie, że promieniowanie alfa to strumień jonów He 2+ (jąder 4He), co wytłumaczyło przejście radu w radon jako zjawisko odrywania się dwóch protonów z jądra radu.
Jednostką radioaktywności
w układzie SI jest bekerel
(Bq),
1 Bq = 1 rozpad na sekundę.
Dawniej używaną, obecnie
niezalecaną jednostką był
kiur (Ci).
1 Ci = 3.7 × 1010 Bq = 37 GBq.

• Zaczerniają klisze fotograficzne.
• Wysyłają ciepło, a w stanie
czystym świecą w ciemności.
• Wywołują luminescencję niektórych substancji na przykład siarczku cyjanku.
• Wywołują działanie chemiczne, pod wpływem promieniowania np. tlen zamienia się w ozon, woda czy chlorowodór ulegają rozkładowi.

WŁAŚCIWOŚCI PROMIENIOTWÓRCZOŚCI
Jest to zjawisko obecności w środowisku naturalnym substancji promieniotwórczych niezależnie od działalności człowieka (w odróżnieniu od skażeń promieniotwórczych). W środowisku można zaobserwować ponad 60 izotopów promieniotwórczych.


Ze względu na pochodzenie izotopy promieniotwórcze dzieli się na trzy kategorie:

1) pierwotne izotopy promieniotwórcze, posiadające czasy połowicznego zaniku powyżej 0,5 mld lat, które powstały wraz ze stabilną materią tworzącą Ziemię (nukleogeneza) i nie zdążyły się jeszcze całkiem rozpaść - najbardziej istotnymi (tj. najbardziej rozpowszechnionymi i mającymi znaczący udział w dawce od tła naturalnego) izotopami w tej klasie są: 40K (1,28 mld lat), 238U (4,5 mld lat), 232Th (14 mld lat), mniej istotne to 235U (0,71 mld lat), 87Rb (48 mld lat) oraz 147Sm (105 mld lat),
2) wtórne izotopy promieniotwórcze, które pochodzą z sekwencyjnych rozpadów niektórych izotopów należących do kategorii pierwszej (szeregi promieniotwórcze) – np. 226Ra i 228Ra, 222Rn i 220Rn, 210Po, 210Pb.
3) kosmogenne pierwiastki promieniotwórcze, czyli grupa izotopów promieniotwórczych lekkich pierwiastków, powstających ciągle, głównie w górnych warstwach atmosfery ziemskiej, w reakcjach wywołanych przez protony promieniowania kosmicznego - najbardziej istotne wśród nich to: 14C (5,7 tys. lat), 7Be (54 dni), 10Be (1,7 mln lat), 3H (12 lat).
Promieniowanie może stwarzać zagrożenia dla zdrowia, lecz może stwarzać też korzyści – dzięki zjawisku hormezy radiacyjnej, o istnienie której toczą się spory w świecie naukowym.
Hormeza radiacyjna to korzystny wpływ małych dawek promieniowania jonizującego na żywe organizmy, polegający m.in. na zmniejszeniu prawdopodobieństwa zachorowania na nowotwory złośliwe i inne choroby o podłożu genetycznym. Poprawność modelu hormezy radiacyjnej została wykazana w wielu doświadczeniach (także na badaniach populacji ludzkiej, np. ludności Białorusi i Ukrainy narażonej na opad radioaktywny po katastrofie czarnobylskiej), jednak przyjmuje się, iż dowody te są niewystarczające do uznania tej hipotezy za poprawną. Mechanizm hormezy radiacyjnej polega na stymulowaniu komórkowych mechanizmów naprawczych w obszarze małych dawek, co powoduje spadek liczby uszkodzeń DNA prowadzących do powstawania nowotworów, ze wzrostem dawki promieniowania. Poglądem przeciwnym do hipotezy hormezy radiacyjnej jest liniowy model bezprogowy (z ang. LNT), według którego promieniowanie jest bezwzględnie szkodliwe, a stopień szkodliwości zależy liniowo od wielkości dawki.
Pierwiastkiem powodującym największą naturalną promieniotwórczość jest radon. Uwalnia się on wskutek rozpadu promieniotwórczego radu znajdującego się w minerałach skalnych, glebie oraz w materiałach konstrukcyjnych budynków. Przenikając do pomieszczeń mieszkalnych powoduje do 8-krotnego zwiększenia jego stężenia w zamkniętych pomieszczeniach niż na wolnym powietrzu. Dodając do tego fakt, iż przeciętny człowiek spędza 80% czasu w zamkniętych pomieszczeniach, a 20% na wolnym powietrzu, jego promieniotwórcze oddziaływanie na organizm jest większe.
Na podstawie badań przeprowadzonych w różnych krajach, nie wykryto większej zachorowalności na raka płuca u osób pochodzących z regionów o znacznej aktywności radonowej (przekraczających nawet 100-krotnie wartość średnią), a innymi regionami, co zdaje się potwierdzać teorię hormezy radiacyjnej.

PROMIENIOTWÓRCZOŚĆ NATURALNA
Na naturalne źródła promieniowania składają się:

1. Pierwiastki promieniotwórcze w skorupie ziemskiej
Istotnym źródłem promieniowania jonizującego na powierzchni Ziemi są pierwiastki promieniotwórcze występujące w skorupie ziemskiej.
Uważa się, że pierwotnym ich źródłem było kilka rodzajów długożyciowych pierwiastków, które powstały w wyniku syntezy jąder jeszcze przed ukształtowaniem się Ziemi jako osobnego ciała niebieskiego. Oczywiście, zsyntezowane zostało wtedy wiele różnych pierwiastków, jednak uległy one rozpadowi i do naszych czasów pozostały tylko te, których czas rozpadu wynosi co najmniej kilka miliardów lat.
40K, 50V, 87Rb, 115In, 138La, 144Nd, 147Sm, 176Lu, 187Re, 235U, 238U, 232Tr
Istotne znaczenie ze względu na oddziaływanie na organizmy żywe mają tylko niektóre z nich tj. Rad-226, Uran-238, Tor-232 i Potas-40.
Najbardziej interesującą sprawą z punktu widzenia narażenia ludności jest cienka warstwa gleby uprawnej, gdyż poza nią pierwiastki te są prawie wyłączone z obiegu materii.

2. Radionuklidy w powietrzu
Powszechnie uważa się, że jedynym źródłem skażenia powietrza substancjami promieniotwórczymi są wybuchy bomb jądrowych oraz tzw. przemysł jądrowy, to znaczy laboratoria, reaktory itp. urządzenia.
Ogromną rolę w skażeniu powietrza odgrywają również pierwiastki naturalnie promieniotwórcze, które znajdują się w ziemi. Obecność ich w powietrzu datuje się od tysiącleci, a ludzkość była poddawana ich działaniu, choć nie zdawała sobie z tego sprawy.
Na szczególną uwagę tutaj, zasługują dwa pierwiastki powszechnie występujące w ziemi tzn. rad i tor. Powstałe w wyniku ich rozpadu gazy szlachetne toron i radon migrują z gleby i dostają się do atmosfery.

3. Pierwiastki promieniotwórcze zawarte w wodzie
Zbiorniki wodne (powierzchniowe, gruntowe, głębinowe) stanowią ogromny magazyn pierwiastków promieniotwórczych. Same tylko morza i oceany, pokrywają aż 70% powierzchni kuli ziemskiej. Ocenia się, że przeciętna aktywność jednego litra wody morskiej wynosi ok. 15 Bq.
Promieniotwórczość zbiorników wodnych jest olbrzymia, głównie dzięki zawartości radu, toru i potasu. Źródłem tych pierwiastków jest zarówno podłoże, z którego mogą one wnikać do wody, jak również działalność człowieka.
Potas 40K stanowi istotny składnik radioaktywności naturalnej wody. Stanowi on generalnie 0,0118% zawartości potasu w środowisku wodnym. Pod względem radioaktywności potas 40K należy do grupy izotopów o niskiej toksyczności. Tor 228Th jest natomiast radioizotopem silnie toksycznym emitującym cząstki alfa.
Zwiększone stężenia tych izotopów w zbiornikach wodnych mogą być spowodowane pyłami przemysłowymi jak również stosowaniem nawozów potasowych i fosforowych do upraw. W 1992 roku średni poziom radioaktywności wód powierzchniowych, powodowanej przede wszystkim obecnością potasu 40K, wynosił ok. 0,3 Bq/l
Innym pierwiastkiem zasługującym na uwagę jest cez-137. Pochodzenie tego izotopu wiąże się jednoznacznie ze skażeniem powierzchni terenu po katastrofie w Czarnobylu. Od 1994 prowadzone są w Polsce oznaczenia między innymi Cez-137 w wodach powierzchniowych i w osadach dennych.

4. Promieniotwórcze jądra atomów zawartych w organizmie człowieka:
40K, 226Ra, 218Po.

5. Promieniowanie kosmiczne W wyniku tego promieniowania powstają głównie tryt, beryl i izotop węgla 14C.

Naturalne źródła promieniowania
Występujące w naturze pierwiastki promieniotwórcze przeważnie powiązane są ze sobą genetycznie w tak zwane szeregi lub rodziny promieniotwórcze. Powiązania te pozwalają m. in. na oznaczanie wieku minerałów. Wykorzystywany jest tutaj fakt, iż naturalne szeregi promieniotwórcze toru i uranu kończą się na trzech różnych trwałych izotopach ołowiu 206Pb, 207Pb i 208Pb. Oznaczenie zawartości uranu lub toru w minerale w stosunku do ilości ołowiu umożliwia określenie jego wieku. Tą metodą oszacowano wiek Ziemi na 4,54 mld lat.
Warunkiem, aby jakiś nuklid mógł występować w naturze, jest, aby jego czas życia lub czas życia jednego z poprzedzających go w szeregu promieniotwórczym nuklidów był porównywalny z wiekiem Ziemi, to znaczy był rzędu 109 lat.
Przynależność nuklidu do pewnej rodziny promieniotwórczej stwierdzić możemy na podstawie jego liczby masowej. Ponieważ w rozpadzie promieniotwórczym liczba masowa zmienia się tylko przy emisji cząstki α, czyli zmienia się tylko o 4, nuklidy należące do danej rodziny mają liczby masowe różniące się między sobą o 4. Liczby te przedstawić można wzorem A = 4n + m, gdzie n jest liczbą całkowitą, a m może przyjmować wartości 0, 1, 2, 3 i charakteryzuje daną rodzinę promieniotwórczą. Odpowiednio do tych czterech wartości m otrzymujemy cztery szeregi promieniotwórcze.

W przyrodzie jednak występują tylko trzy rodziny promieniotwórcze:
• szereg torowy,
• szereg uranowo-radowy,
• szereg uranowo-aktynowy.
Czwarty szereg promieniotwórczy tzn. szereg neptunowy (A=4n+1) nie istnieje już w naturze, ponieważ jego najdłużej żyjący pierwiastek 239Np ma czas połowicznego zaniku T=2,2∙106 lat, a więc ok. 2000 razy krótszy od wieku Ziemi. Wszystkie pierwiastki tego szeregu zostały zatem wytworzone sztucznie. Szereg ten kończy się na trwałym izotopie bizmutu 209Bi. (W jego skład wchodzi 13 nuklidów, m.in. 229Th. 237Np, 233U)
1. Szereg torowy A=4n (m=0). Nazwa tego szeregu pochodzi od najdłużej żyjącego pierwiastka 232Th, o czasie połowicznego zaniku T=1,41∙1010 lat. Pewne krócej żyjące pierwiastki promieniotwórcze tego szeregu zostały wytworzone sztucznie. W jego skład wchodzi 12 nuklidów, m.in. 232Th, 228Ra, 220Rn,228Th. Szereg ten kończy się na stabilnym izotopie ołowiu 208Pb.
2. Szereg uranowo-radowy A=4n+2 (m=2). Najdłużej żyjącym pierwiastkiem tego szeregu jest występujący w naturze izotop uranu 238U o czasie połowicznego zaniku T=4.47∙109 lat. W jego skład wchodzi 18 nuklidów, m.in. 210Pb, 238U, 226Ra, 210Po, 234U, 222Rn. Szereg ten kończy się na trwałym 206Pb.
3. Szereg uranowo-aktynowy A=4n+3 (m=3). Najdłużej żyjącym pierwiastkiem szeregu jest uran 237U, mający czas połowicznego zaniku T=7,04∙108 lat. W jego skład wchodzi 15 nuklidów, m.in. 223Ra, 235U, 231Pa. Szereg kończy się na trwałym 208Pb.




SZEREGI PROMIENIOTWÓRCZE
Jest to zjawisko promieniotwórczości obserwowane dla izotopów promieniotwórczych innych niż występujące w naturalnym środowisku ziemi, otrzymanych najczęściej w wyniku aktywacji izotopów stabilnych (bombardowanie jąder trwałych pierwiastków cząstkami alfa oraz beta).

1. Reakcje rozszczepienia
Jądra izotopów niepromieniotwórczych mogą ulegać przemianom pod działaniem bombardujących je cząstek o dostatecznie dużej energii. Do takich celów stosowane bywają protony, deuterony, cząsteczki a, neutrony, a także promienie gamma, których strumieniowi nadaje się odpowiednią energię w cyklotronie.
Jeżeli cząstka bombardująca trafia w atakowane jądro, to wywołuje reakcję jądrową. Produktem takiej reakcji może być jądro zdolne następnie do samorzutnego rozpadu, tj. jądro izotopu promieniotwórczego. Na przykład bombardowanie jąder niepromieniotwórczego izotopu fosforu 31P deuteronami 2H wywołuje reakcję: 31P + 2H -> 32P + 1H
Produktem tej przemiany jądrowej jest promieniotwórczy izotop fosforu 32P o okresie półtrwania 14,3 dni oraz proton 1H.
Inny przykład: 9Be + 4He -> 12C + 1n
Powyższe przykłady mają ogromne znaczenie praktyczne, służą między innymi do produkcji izotopów promieniotwórczych. Znajdują one zastosowanie w wielu gałęziach nauki i techniki. Szczególny rodzaj przemian jądrowych może wywołać pochłonięcie neutronu, który nie mając ładunku elektrycznego nie podlega oddziaływaniom elektrostatycznym, a więc może stosunkowo łatwo przeniknąć do wnętrza jądra.
14N + 1n -> 14C + 1H
59Co + 1n -> 60Co + gamma

Przemianą tego typu, która stała się początkiem ery nuklearnej, było odkryte przez F.Strassmana i O.Hahna (1939) rozszczepienie jądra 235U, zachodzące wskutek pochłonięcia neutronu o znikomej energii. Hahn i Strassman zaobserwowali, że produktami bombardowania neutronami uranu są nuklidy o liczbach masowych od 70 do 160 (krypton, bar) oraz 2 lub 3 neutrony. Przebieg reakcji jest następujący.
235U + 1n ---> 236U ---> 146Ba + 90Kr
146Ba ---> 145Ba + 1n
145Ba ---> 144Ba + 1n
90Kr ---> 89Kr + 1n
Uwolnione w czasie rozpadu neutrony mogą być wykorzystane do wywołania dalszych rozpadów. Reakcja ta przebiega bez kontroli podczas wybuchu bomby atomowej. Jeśli podda się ją kontroli i zezwoli się tylko jednemu uwalniających się neutronów zderzyć z następnym jądrem uranu, wówczas nie rozprzestrzeni się ona w sposób niekontrolowany i może być wykorzystana w stosie atomowym do wytwarzania energii cieplnej. Jest to proces silnie egzotermiczny.

2. Synteza termojądrowa
Reakcja termojądrowa, synteza jądrowa lub fuzja jądrowa – zjawisko polegające na złączeniu się dwóch lżejszych jąder w jedno cięższe, w wyniku fuzji mogą powstawać obok nowych jąder też wolne neutrony, protony, cząstki elementarne i cząstki alfa.
Różne jądra atomowe mają różną energię wiązania przypadającą na nukleon. Największą energię wiązania przypadającą na jeden nukleon ma żelazo.
W wyniku reakcji egzotermicznej wydzielona energia (w postaci energii kinetycznej produktów i promieniowania gamma), zostaje rozproszona na otaczających atomach i przekształca się na energię cieplną. Energię wydzielającą się podczas reakcji można wyznaczyć bez przeprowadzania reakcji na podstawie deficytu masy, czyli różnicy mas składników i produktów reakcji.
Jądra atomowe mają dodatni ładunek elektryczny i dlatego się odpychają – aby doszło do ich połączenia muszą zbliżyć się na tyle, aby siły oddziaływań jądrowych pokonały odpychanie elektrostatyczne. Niezbędnym warunkiem do tego jest prędkość (energia kinetyczna) jąder. Wysoką energię jąder uzyskuje się w bardzo wysokich temperaturach lub rozpędzając jądra w akceleratorach cząstek.
Przedrostek termo pochodzi od głównego sposobu, w jaki wywoływana jest ta reakcja, w gwiazdach i bombie wodorowej, czyli przez podniesienie temperatury do kilkunastu milionów kelwinów, reakcja może też przebiegać w wyniku zderzania rozpędzonych jąder atomowych, wówczas nazywana jest zimną fuzją.
Reakcja termojądrowa jest głównym, poza energią grawitacyjną, źródłem energii gwiazd.

Kontrolowana synteza termojądrowa
Jest to reakcja termojądrowa, która miałaby podlegać kontrolowanemu przebiegowi np. w celu uzyskania energii. Jednym z możliwych przebiegów paliwowych reakcji jest przebieg oparty na syntezie jąder deuteru i trytu. W tym procesie mogą wystąpić następujące reakcje:
2H + 2H → 3H + p + 4,03 MeV
2H + 2H → 3He + n + 3,27 MeV
2H + 3H → 4He + n + 17,59 MeV



W przypadku powodzenia ludzkość uzyskałaby niewyczerpujące się źródło energii, mimo że w zwykłej wodzie jest tylko 0,015% D2O. Energia uzyskana z syntezy deuteru zawartego w 1 dm3 wody byłaby równa energii uwolnionej w procesie spalania 500 kg węgla kamiennego.
Niestety przeprowadzenie kontrolowanej syntezy termojądrowej nie jest tak łatwe jak konstrukcja reaktora jądrowego. Podstawową trudnością jest utrzymanie deuteru w temperaturze 108 K przez dostatecznie długi czas, żeby bilans energetyczny był dodatni. W takiej temperaturze gaz znajduje się w stanie plazmy, czyli zjonizowanego gazu będącego mieszaniną jonów dodatnich i elektronów.

Reakcja fuzji termojądrowej, jądra deuteru i trytu łączą się, powstaje jądro helu, neutron i wydzielana jest energia.
Reakcje termojądrowe przeprowadzano na Ziemi dotychczas tylko w formie niekontrolowanej – podczas wybuchów bomb wodorowych. W bombie wodorowej temperaturę niezbędną do syntezy jądrowej wytwarza wybuch bomby atomowej.
PROMIENIOTWÓRCZOŚĆ SZTUCZNA
Full transcript