ΠΥΡΗΝΙΚΕΣ ΑΝΤΙΔΡΑΣΕΙΣ

ΠΥΡΗΝΙΚΕΣ ΑΝΤΙΔΡΑΣΕΙΣ

ΠΥΡΗΝΙΚΕΣ ΑΝΤΙΔΡΑΣΕΙΣ

ΕΞΩΘΕΡΜΕΣ ΚΑΙ ΕΝΘΟΘΕΡΜΕΣ ΑΝΤΙΔΡΑΣΕΙΣ

  Κατά το βομβαρδισμό πυρήνων - στόχων με κινούμενα σωματίδια συχνά παρατηρούνται νέοι πυρήνες μετά την κρούση. Τέτοιες κρούσεις ονομάζονται πυρηνικές αντιδράσεις. 

  Ο  Rutherford ήταν ο πρώτος που παρατήρησε πυρηνικές αντιδράσεις κατά το βομβαρδισμό πυρήνων αζώτου με σωμάτια α. Η διαδικασία που συνέβη μπορεί να παρασταθεί ως εξής:

⁴₂He + ¹⁴₇N → ¹⁷₈O + ¹₁H

  Στις πυρηνικές αντιδράσεις ισχύουν οι νόμοι διατήρησης  του φορτίου, της ορμής και της ενέργειας.Στην τελευταία συμπεριλαμβάνονται η κινητική ενέργεια και η ενέργεια που αντιστοιχεί στη μάζα ηρεμίας.Ένας πρόσθετος νόμος διατήρησης είναι η διατήρηση του συνολικού αριθμού των νουκλεονίων. Στην  παραπάνω αντίδραση η διατήρηση αυτή επιβεβαιώνεται  από την εξισορρόπηση  των μαζικών αριθμών στα δύο μέλη της αντίδρασης. Επίσης η διατήρηση του φορτίου επιβάλλει να ισούται το άθροισμα των αρχικών ατομικών αριθμών με το άθροισμα των τελικών ατομικών αριθμών.

Αναπαράσταση πυρηνικής αντίδρασης μετά από σύλληψη νετρονίου από πυρήνα

  Η  διαφορά  των μαζών ηρεμίας  πριν και μετά την  αντίδραση προσδιορίζει την ενέργεια Q της αντίδρασης, σύμφωνα με την ισοδυναμία μάζας και ενέργειας. 

  Έτσι στην αντίδραση Α + Β—> Γ+Δ η ενέργεια Q της αντίδρασης ορίζεται ως: 

Q = (MA + MB - MΓ - MΔ)c2

  Όταν το Q είναι θετικό, η μάζα των προϊόντων είναι μικρότερη από αυτήν των αντιδρώντων, ενώ η κινητική ενέργεια των προϊόντων είναι μεγαλύτερη. Μια τέτοια αντίδραση ονομάζεται εξώθερμη. 

  Όταν το Q είναι αρνητικό, η μάζα των προϊόν των είναι μεγαλύτερη και η κινητική τους ενέργεια αντίστοιχα μικρότερη. Μια τέτοια αντίδραση ονομάζεται ενδόθερμη.

ΠΥΡΗΝΙΚΗ ΣΧΑΣΗ

Πυρηνική σχάση ονομάζεται η πυρηνική διαδικασία κατά την οποία ένας ασταθής ατομικός πυρήνας χωρίζεται σε δυο ή περισσότερους μικρότερους πυρήνες και σε μερικά παραπροϊόντα σωμάτια,όπως νετρόνια

ΕΙΣΑΓΩΓΗ

  Όπως γνωρίζουμε,ένα μεγάλο ποσό ενέργειας σύνδεσης θα απελευθερωθεί εάν σπάσουμε ένα μεγάλο πυρήνα σε άλλους μικρότερους.Αλλά συνήθως δεν είναι καθόλου εύκολο να διασπάσουμε ένα πυρήνα.

Ένα μεγάλο ποσό ενέργειας σύνδεσης θα απελευθερωθεί εάν σπάσουμε ένα μεγάλο πυρήνα σε άλλους μικρότερους

  Ότι χρειαζόμαστε είναι μια διαδικασία μέσω της οποίας δίνοντας λιγότερη ενέργεια από αυτή που θα πάρουμε,να διασπάσουμε ένα βαρύ πυρήνα.

  

ΠΡΟΣΠΙΠΤΟΝΤΑ ΝΕΤΡΟΝΙΑ ΜΠΟΡΟΥΝ ΝΑ ΠΡΟΚΑΛΕΣΟΥΝ ΤΗΝ ΣΧΑΣΗ ΒΑΡΕΩΝ ΠΥΡΗΝΩΝ

Ο Ενρίκο Φέρμι (Enrico Fermi, 29 Σεπτεμβρίου 1901- 28 Νοεμβρίου 1954) ήταν Ιταλός φυσικός, ο οποίος τιμήθηκε το 1938 με το βραβείο Νόμπελ Φυσικής.Ο Φέρμι μελέτησε τα σωμάτια των ατόμων και ανακάλυψε ένα ακόμη σωμάτιο, το οποίο ονομάστηκε φερμιόνιο. Επίσης, διατύπωσε τη θεωρία της ραδιενέργειας β. Το 1942 κατασκεύασε τον πρώτο ατομικό αντιδραστήρα, στο Σικάγο των Η.Π.Α. Εκεί πέτυχε την τεχνητή αλυσιδωτή πυρηνική αντίδραση.Ο Φέρμι συμμετείχε και στην κατασκευή της ατομικής βόμβας μαζί με πολλούς διάσημους φυσικούς της εποχής του

  Η διάσπαση του ατόμου  είχε μελετηθεί θεωρητικά από τον Ενρίκο Φέρμι το 1934.

Ο Otto Hahn(Ότο Χαν) και ο Fritz Strassman (Φριτς Στράσμαν) ανακάλυψαν ότι ένας πυρήνας ουρανίου-235 όταν βομβαρδιστεί με νετρόνια υφίσταται σχάση

  Πρακτικά η απάντηση ήρθε το 1938 από τους Otto Hahn(Ότο Χαν) και Fritz Strassman (Φριτς Στράσμαν),όταν ανακάλυψαν ότι ένας πυρήνας ουρανίου-235 όταν βομβαρδιστεί με νετρόνια υφίσταται σχάση.Το γεγονός αυτό δεν οφείλεται στη σύγκρουση των νετρονίων.

Στα βαρύτερα στοιχεία η σχάση είναι εξώθερμη αντίδραση αποδίδοντας στο περιβάλλον ενέργεια ως ακτινοβολία γ και ως κινητική ενέργεια των θραυσμάτων.Στην αντίδραση αυτή η ολική μάζα ηρεμίας των προϊόν των είναι μικρότερη  από την αρχική μάζα ηρεμίας

 Αυτό που συμβαίνει,είναι ότι ο πυρήνας του ουρανίου-235 απορροφά το νετρόνιο μετασχηματιζόμενος σε ένα πυρήνα ουρανίου-235.Αρκετοί άλλοι βαρείς πυρήνες βρέθηκαν αργότερα να είναι σχάσιμοι μέσω παρόμοιας διαδικασίας με νετρόνια.Υπάρχουν περίπου 90 διαφορετικοί συνδυασμοί  των δύο θυγατρικών πυρήνων που αποτελούν τα θραύσματα του πυρήνα ουρανίου.

Πυρηνική σχάση ονομάζεται η πυρηνική διαδικασία κατά την οποία ένας ασταθής ατομικός πυρήνας χωρίζεται σε δυο ή περισσότερους μικρότερους πυρήνες και σε μερικά παραπροϊόντα σωμάτια,όπως νετρόνια

  Πυρηνική σχάση ονομάζεται η πυρηνική διαδικασία κατά την οποία ένας ασταθής ατομικός πυρήνας χωρίζεται σε δυο ή περισσότερους μικρότερους πυρήνες και σε μερικά παραπροϊόντα σωμάτια,όπως νετρόνια. Η σχάση αποτελεί μια περίπτωση μεταστοιχείωσης κατά την οποία παράγονται δύο θραύσματα με συγκρίσιμες μάζες. Στα βαρύτερα στοιχεία η σχάση είναι εξώθερμη αντίδραση αποδίδοντας στο περιβάλλον ενέργεια ως ακτινοβολία γ και ως κινητική ενέργεια των θραυσμάτων.Στην αντίδραση αυτή η ολική μάζα ηρεμίας των προϊόν των είναι μικρότερη  από την αρχική μάζα ηρεμίας.

ΑΝΑΛΟΓΙΑ ΜΕ ΤΗΝ ΥΓΡΗ ΣΤΑΓΟΝΑ

  Η πυρηνική σχάση μπορεί να ερμηνευτεί στη βάση του μοντέλου υγρής σταγόνας.Όταν μια υγρή σταγόνα διεγερθεί κατάλληλα,μπορεί να υποστεί ταλαντώσεις με διάφορους τρόπους.Ένας άλλος τρόπος φαίνεται στο παρακάτω σχήμα.Η σταγόνα διαδοχικά γίνεται ένα αυγοειδές σφαιροειδές,σφαίρα,ένα πεπλατυσμένο σφαιροειδές,μια σφαίρα ένα αυγοειδές σφαιροειδές κ.ο.κ.Η δύναμη επαναφοράς της επιφανειακής της τάσης αναγκάζει την σταγόνα να επανέρχεται στο σφαιρικό της σχήμα,αλά η αδράνεια των κινούμενων μορίων αναγκάζει επίσης την σταγόνα να υπερβαίνει τη σφαιρικότητα και να φθάσει στο αντίθετο άκρο της παραμόρφωσης.

Η πυρηνική σχάση μπορεί να ερμηνευτεί στη βάση του μοντέλου υγρής σταγόνας.Όταν μια υγρή σταγόνα διεγερθεί κατάλληλα,μπορεί να υποστεί ταλαντώσεις με διάφορους τρόπους.Η σταγόνα διαδοχικά γίνεται ένα αυγοειδές σφαιροειδές,σφαίρα,ένα πεπλατυσμένο σφαιροειδές,μια σφαίρα ένα αυγοειδές σφαιροειδές κ.ο.κ

  Αν και οι πυρήνες μπορούν να θεωρηθούν ότι παρουσιάζουν επιφανειακές τάσεις και άρα μπορούν να ταλαντώνονται ως υγρές σταγόνες όταν είναι σε διεγερμένη κατάσταση,επίσης υπόκειται σε αποσχιστικές δυνάμεις λόγω των αμοιβαίων απωστικών ηλεκτρικών δυνάμεων από τα πρωτόνια τους.

Όταν ένας πυρήνας απομακρύνεται από το σφαιρικό σχήμα,η μικρού βεληνεκούς δύναμη επαναφοράς λόγω επιφανειακής τάσης πρέπει να ανταπεξέλθει με την μεγάλης εμβέλειας απωστική δύναμη όπως επίσης και με την αδράνεια της πυρηνικής μάζας

 Όταν ένας πυρήνας απομακρύνεται από το σφαιρικό σχήμα,η μικρού βεληνεκούς δύναμη επαναφοράς λόγω επιφανειακής τάσης πρέπει να ανταπεξέλθει με την μεγάλης εμβέλειας απωστική δύναμη όπως επίσης και με την αδράνεια της πυρηνικής μάζας.Εάν ο βαθμός παραμόρφωσης είναι επαρκώς μεγάλος η επιφανειακή τάση δεν αρκεί να επαναφέρει τις δύο τώρα πολύ απομακρυσμένες ομάδες πρωτονίων και ο πυρήνας διασπάται σε δύο μέρη.

  

ΚΑΤΑ ΤΗΝ ΣΧΑΣΗ ΠΑΡΑΓΟΝΤΑΙ ΡΑΔΙΕΝΕΡΓΟΙ ΠΥΡΗΝΕΣ ΚΑΙ ΑΡΚΕΤΑ ΝΕΤΡΟΝΙΑ

  Οι νέοι πυρήνες που παράγονται στη σχάση ονομάζονται θραύσματα σχάσης και συνήθως δεν έχουν ίδιο μέγεθος.Επειδή οι βαρύτεροι πυρήνες έχουν μεγαλύτερο λόγο νετρονίων/πρωτονίων έναντι των ελαφρότερων πυρήνων,οι αποσχίσθέντες πυρήνες περιέχουν μια περίσσεια νετρονίων.

Για να ελαττωθεί η περίσσεια αυτή,δύο ή τρία νετρόνια εκπέμπονται από τους πυρήνες αμέσως μόλις σχηματιστούν και ακολούθως αποδιεγείρονται με ακτινοβολία-β φέροντας τον λόγο νετρονίων πρωτονίων σε τιμές που αντιστοιχούν σε πυρηνική σταθερότητα

  Για να ελαττωθεί η περίσσεια αυτή,δύο ή τρία νετρόνια εκπέμπονται από τους πυρήνες αμέσως μόλις σχηματιστούν και ακολούθως αποδιεγείρονται με ακτινοβολία-β φέροντας τον λόγο νετρονίων πρωτονίων σε τιμές που αντιστοιχούν σε πυρηνική σταθερότητα.Μια τυπική αντίδραση σχάσης είναι η ακόλουθη:

                  10²²⁵92U + n ->0¹⁴⁰54Xe + ⁹²38Sr+ n+n

  Η αντίδραση αυτή είναι ισχυρά εξώθερμη και τα θραύσματα της σχάσης, καθώς και τα νετρόνια, έχουν μια υψηλή κινητική ενέργεια της τάξης των 200MeV.

ΔΙΑΦΟΡΟΙ ΠΥΡΗΝΕΣ ΕΧΟΥΝ ΔΙΑΦΟΡΕΤΙΚΕΣ ΕΠΙΔΕΚΤΙΚΟΤΗΤΕΣ ΩΣ ΠΡΟΣ ΤΗ ΣΧΑΣΗ

  Ένας βαρύς πυρήνας υπόκειται σε σχάση εάν συγκεντρώνει αρκετή ενέργεια διέγερσης (περίπου 5MeV) ώστε να αρχίσει να ταλαντώνεται ισχυρά.Λίγοι πυρήνες,σημειώστε το ²²⁸U,διεγείρονται επαρκώς με την απλή απορρόφηση ενός επιπρόσθετου νετρονίου και σχίζονται στα δύο.Άλλοι πυρήνες όπως το ²²⁸U(αποτελεί το 99,3% του φυσικού ουρανίου) απαιτούν περισσότερη ενέργεια για σχάση από την ενέργεια σύνδεσης που απελευθερώνεται όταν ένα άλλο νετρόνιο απορροφάται.Τέτοιοι πυρήνες υφίσταται σχάση μόνο με αντιδράσεις με ταχέα νετρόνια των οποίων η κινητική ενέργεια υπερβαίνει το 1MeV. 

Σχάση μπορεί να συμβεί μετά από διέγερση με άλλα μέσα εκτός της σύλληψης με νετρόνια,π.χ. με βομβαρδισμό με ακτίνες -γ ή με πρωτόνια

  Σχάση μπορεί να συμβεί μετά από διέγερση με άλλα μέσα εκτός της σύλληψης με νετρόνια,π.χ. με βομβαρδισμό με ακτίνες -γ ή με πρωτόνια.Μερικοί πυρήνες είναι τόσο ασταθείς ώστε είναι δυνατόν να υποστούν σχάση αυθόρμητα,αλά είναι περισσότερο πιθανό να υποστούν αποδιέγερση -α πριν η σχάση πάρει μέρος.

ΜΕΓΑΛΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΠΥΡΗΝΙΚΗΣ ΣΧΑΣΗΣ

   Ένα σημαντικό στοιχείο της πυρηνικής σχάσης είναι το μέγεθος ενέργειας που απελευθερώνεται.Όπως είδαμε το ποσό αυτό βρίσκεται κοντά στα 200MeV,μια αξιοσημείωτη τιμή για ένα απλό πυρηνικό γεγονός σε σύγκρουση οι χημικές αντιδράσεις ελευθερώνουν μόνο μερικά eV ανά γεγονός.

Ένα σημαντικό στοιχείο της πυρηνικής σχάσης είναι το μέγεθος ενέργειας που απελευθερώνεται που βρίσκεται κοντά στα 200MeV

  Η περισότερη ενέργεια που απελευθερώνεται στη σχάση πηγαίνει σε κινητική ενέργεια των θραυσμάτων σχάσης.Στην περίπτωση της σχάσης ²³⁵U της ενέργειας εμφανίζεται ως κινητική ενέργεια των αποσχισθέντων πυρήνων.

Στην περίπτωση της σχάσης ²³⁵U της ενέργειας εμφανίζεται ως κινητική ενέργεια των αποσχισθέντων πυρήνων.Περίπου 2,5% πηγαίνει ως κινητική ενέργεια των νετρονίων και περίπου 3,5% εκπέμπεται ως ακτίνες-γ,ενώ το υπόλοιπο 11% αποδίδεται στις ακτινοβολίες β και γ που εκπέμπουν οι αποσχισθέτες πυρήνες

  Περίπου 2,5% πηγαίνει ως κινητική ενέργεια των νετρονίων και περίπου 3,5% εκπέμπεται ως ακτίνες-γ,ενώ το υπόλοιπο 11% αποδίδεται στις ακτινοβολίες β και γ που εκπέμπουν οι αποσχισθέτες πυρήνες.

ΑΛΥΣΩΤΕΣ ΑΝΤΙΔΡΑΣΕΙΣ

  Σχεδόν αμέσως μετά την ανακάλυψη της σχάσης αναγνωρίσθηκε ότι εφόσον ένα νετρόνιο μπορεί να ξεκινήσει σχάση σε ένα κατάλληλο πυρήνα με επακόλουθο την εκπομπή επιπρόσθετων νετρονίων,είναι δυνατή μια αυτοτροφοδοτούμενη ακολουθία σχάσεων.

Αλυσωτή αντίδραση

  Η συνθήκη ώστε να συμβεί μια τέτοια αλυσωτή αντίδραση σε ένα σχάσιμο υλικό,είναι απλή:τουλάχιστον ένα νετρόνιο που παράγεται σε ένα γεγονός σχάσης πρέπει κατά μέσο όρο να ξεκινήσει μια άλλη σχάση.

Η συνθήκη ώστε να συμβεί μια τέτοια αλυσωτή αντίδραση σε ένα σχάσιμο υλικό,είναι απλή:τουλάχιστον ένα νετρόνιο που παράγεται σε ένα γεγονός σχάσης πρέπει κατά μέσο όρο να ξεκινήσει μια άλλη σχάση

  Εάν πολύ λίγα νετρόνια ξεκινούν σχάση,η αντίδραση θα επιβραδυνθεί και θα σταματήσει,εάν ακριβώς ένα νετρόνιο ανά σχάση παράγει μια άλλη σχάση τότε θα έχουμε σταθερή παραγωγή ενέργειας(είναι η περίπτωση ενός πυρηνικού αντιδραστήρα).

Εάν η συχνότητα του αριθμού σχάσεων αυξάνει,η ενέργεια που ελευθερώνεται αυξάνει τόσο γρήγορα που προκαλείται έκρηξη(είναι η περίπτωση της ατομικής βόμβας)

  Εάν η συχνότητα του αριθμού σχάσεων αυξάνει,η ενέργεια που ελευθερώνεται αυξάνει τόσο γρήγορα που προκαλείται έκρηξη(είναι η περίπτωση της ατομικής βόμβας).Οι καταστάσεις αυτές ονομάζονται αντίστοιχα υποκρίσιμη,κρίσιμη και υπερκρίσιμη κατάσταση.

Αντίθετα, σε έναν αντιδραστήρα παραγωγής ηλεκτρικής ισχύος επιβραδύνονται με κατάλληλο μηχανισμό τα παραγόμενα νετρόνια, ώστε  να διατηρούν μια αυτοσυντηρούμενη αλυσιδωτή αντίδραση, η οποία όμως  θα προχωρεί  αργά και ελεγχόμενα, χωρίς  να οδηγεί σε έκρηξη

  Αντίθετα, σε έναν αντιδραστήρα παραγωγής ηλεκτρικής ισχύος επιβραδύνονται με κατάλληλο μηχανισμό τα παραγόμενα νετρόνια, ώστε  να διατηρούν μια αυτοσυντηρούμενη αλυσιδωτή αντίδραση, η οποία όμως  θα προχωρεί  αργά και ελεγχόμενα, χωρίς  να οδηγεί σε έκρηξη.

ΠΥΡΗΝΙΚΗ ΣΥΝΤΗΞΗ

ΠΥΡΗΝΙΚΗ ΣΥΝΤΗΞΗ

 Είδαμε ότι η ενέργεια σύνδεσης ανά νουκλεόνιο των  ελαφρών πυρήνων είναι μικρότερη από την ενέργεια σύνδεσης ανά νουκλεόνιο των βαρύτερων. Η διαδικασία της συνένωσης δύο ελαφρών πυρήνων, για να σχηματίσουν ένα βαρύτερο, λέγεται πυρηνική σύντηξη. 

Η διαδικασία της συνένωσης δύο ελαφρών πυρήνων, για να σχηματίσουν ένα βαρύτερο, λέγεται πυρηνική σύντηξη

  Επειδή η μάζα ηρεμίας του τελικού πυρήνα είναι μικρότερη  από το άθροισμα  των μαζών των αρχικών πυρήνων, υπάρχει μια απώλεια μάζας, η οποία συνοδεύεται  από αντίστοιχη αύξηση της ενέργειας της τελικής κατάστασης.Τρία  τέτοια παραδείγματα σύντηξης είναι τα  παρακάτω: 

¹₁H + ¹₁H → ²₁H + e⁺ + v_e

¹₁H + ²₁H → ³₂He + γ

¹₁H + ³₂He → ⁴₂He + e⁺ + v_e

 Αυτή η σειρά των αντιδράσεων, που λέγεται κύκλος πρωτονίου - πρωτονίου, πιστεύεται ότι συμβαίνει στο εσωτερικό του Ήλιου αλλά και άλλων αστεριών, όπου αφθονεί το  υδρογόνο, και  από αυτήν προέρχεται η ενέργεια των άστρων.

Η σύντηξη δευτερίου και τριτίου σχηματίζει πυρήνα He και ένα νετρόνιο

  Τα  ποζιτρόνια  που  παράγονται στις  αντιδράσεις αυτές συγκρούονται στο εσωτερικό του Ήλιου με ηλεκτρόνια, τα ζεύγη αυτά εξαϋλώνονται και η ενέργειά τους μετατρέπεται σε ακτινοβολία γ. 

Επειδή η μάζα ηρεμίας του τελικού πυρήνα είναι μικρότερη  από το άθροισμα  των μαζών των αρχικών πυρήνων, υπάρχει μια απώλεια μάζας, η οποία συνοδεύεται  από αντίστοιχη αύξηση της ενέργειας της τελικής κατάστασης

  Επομένως ολόκληρος ο κύκλος και των τριών αντιδράσεων ισοδυναμεί τελικά με μία αντίδραση, όπου  συντήκονται και δημιουργούν  έναν πυρήνα, ενώ  ταυτόχρονα εκπέμπεται ακτινοβολία γ και νετρίνα. 

  Βλέπουμε ότι η ενέργεια του Ήλιου προέρχεται  από το «πυρηνικό καύσιμο»  υδρογόνο,  καθώς αυτό μετατρέπεται βαθμιαία σε ήλιο. Αν υποτεθεί ότι η  παραγωγή ενέργειας στον Ήλιο, καθώς και η ακτινοβολία του,  θα συνεχιστούν με τους ίδιους ρυθμούς, εκτιμάται ότι ο Ήλιος διαθέτει αρκετά καύσιμα στον πυρήνα του για να διατηρήσει την  υπάρχουσα λαμπρότητά του για 5-9 δισεκατομμύρια χρόνια περίπου. 

Στην προσπάθεια να επιτευχθεί ελεγχόμενη σύντηξη δοκιμάζεται η μέθοδος συγκράτησης του πλάσματος με μαγνητικό πεδίο

  Για να συμβεί σύντηξη μεταξύ δύο πυρήνων, πρέπει να προσεγγίσουν αρκετά μεταξύ τους, ώστε να υπερνικηθεί η ηλεκτρική άπωση και να επικρατήσει η ισχυρή πυρηνική δύναμη. Για να συμβεί αυτό, πρέπει οι πυρήνες  να αποκτήσουν πολύ υψηλή κινητική ενέργεια της τάξης των 0,7MeV. Τόσο μεγάλη όμως κινητική ενέργεια μόνο σε εξαιρετικά υψηλή θερμοκρασία μπορεί να αποκτηθεί  από  έναν πυρήνα. 

Για να συμβεί σύντηξη μεταξύ δύο πυρήνων, πρέπει να προσεγγίσουν αρκετά μεταξύ τους, ώστε να υπερνικηθεί η ηλεκτρική άπωση και να επικρατήσει η ισχυρή πυρηνική δύναμη

  Η θερμοκρασία, για να προκληθεί αντίδραση σύντηξης, είναι της τάξης των 10⁸Κ .Στις θερμοκρασίες αυτές τα άτομα έχουν πια ιονισθεί τελείως, δηλαδή έχουν χάσει  τα ηλεκτρόνιά τους, και η ιονισμένη αυτή κατάσταση, όπου έχουμε μόνο ηλεκτρόνια και πυρήνες, λέγεται πλάσμα. 

Σε έναν ερευνητικό αντιδραστήρα ΤΟΚΑΜΑΚ το ρεύμα που θερμαίνει το πλάσμα είναι αρκετά εκατομμύρια ampere και η θερμοκρασία μεγαλύτερη από 10^-8K

  Τέτοιες θερμοκρασίες συναντάμε στη φύση μόνο στα άστρα. Οι υψηλές αυτές θερμοκρασίες δικαιολογούν την ονομασία θερμοπυρηνικές αντιδράσεις με την οποία  χαρακτηρίζονται συχνά οι αντιδράσεις σύντηξης.

  Σε πολλά εργαστήρια στον κόσμο καταβάλλεται έντονη προσπάθεια κατασκευής θερμοπυρηνικού αντιδραστήρα, όπου  θα γίνεται ελεγχόμενη πυρηνική σύντηξη. Δυστυχώς τόσο υψηλές θερμοκρασίες είναι εξαιρετικά δύσκολο να επιτευχθούν και να συντηρηθούν για αρκετό χρονικό διάστημα, ώστε να έχουμε πρακτικά αξιοποιήσιμη  παραγωγή ενέργειας. 

Τα ΤΟΚΑΜΑΚ αποτελούν την πιο επιτυχημένη προσπάθεια κατασκευής αντιδραστήρων σύντηξης

  Αν πάντως επιτευχθεί αξιοποιήσιμη ελεγχόμενη πυρηνική σύντηξη, το ενεργειακό κέρδος για τον άνθρωπο θα είναι σημαντικό, αφού το «πυρηνικό καύσιμο» που προτείνεται είναι το δευτέριο, που υπάρχει  άφθονο και φθηνό στο νερό των θαλασσών. 

ΤΟ ΠΡΟΒΛΗΜΑ ΤΩΝ ΠΥΡΗΝΙΚΩΝ ΑΠΟΒΛΗΤΩΝ 

  Ένα  από  τα μεγαλύτερα προβλήματα, που συνοδεύουν τη λειτουργία των πυρηνικών αντιδραστήρων, είναι αυτό της διαχείρισης των αποβλήτων τους. Τα απόβλητα του αντιδραστήρα είναι τα ραδιενεργά υλικά που εμφανίζονται ως προϊόντα των αντιδράσεων,καθώς και τα μέταλλα της «καρδιάς» του αντιδραστήρα, όταν αυτή πρέπει να αντικατασταθεί.Αυτά τα υψηλής ραδιενέργειας υλικά περιέχουν  ισότοπα με μεγάλους  χρόνους υποδιπλασιασμού και πρέπει  να αποθηκευτούν για πολύ μεγάλη χρονική διάρκεια, ώστε να μην προκαλέσουν περιβαλλοντική μόλυνση. 

Ένα  από  τα μεγαλύτερα προβλήματα, που συνοδεύουν τη λειτουργία των πυρηνικών αντιδραστήρων, είναι αυτό της διαχείρισης των αποβλήτων τους

  Επί  του παρόν τος η λύση στο πρόβλημα αυτό είναι να τα τοποθετούμε σε καλά σφραγισμένα κιβώτια και να τα θάβουμε βαθιά σε ορυχεία. 

  Πάντως πρέπει να αναφερθεί ότι  ένα ακόμη πλεονέκτημα των αντιδραστήρων σύντηξης, σε σχέση με τους αντιδραστήρες σχάσης, είναι  τα λίγα ραδιενεργά κατάλοιπα που αφήνουν.