Διαθεματική Εργασία στη Φυσική

 

 

  

Το ταξίδι της ενέργειας από τον Ήλιο στη Γη

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Τμήμα: Β3

 

Ομάδα: Newton

 

Μαθητές:

 

Μητρετώδη Γαριφαλιά

Πασαλιώκη Αλίκη

Ράικος    Θεόδωρος

Σουλούντση Μαρία

Ταφάνι Μαριγκλέν

 

Επιβλέποντες Καθηγητές:

 

Ντόζης Αλέξανδρος, φυσικός

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


Γουμένισσα 2007 – 2008


Α. Η Εργασία μας

Α.1 Ανάθεση

 

Β Εργασία 1

 

Το ταξίδι της ενέργειας από τον Ήλιο στη Γη

 

1. Αναζητήστε τον τρόπο με τον οποίο ο Ήλιος μας παράγει ενέργεια. Από πού πηγάζει αυτή η ενέργεια; Με ποιον τρόπο απελευθερώνεται η ενέργεια αυτή; Ποιες είναι οι τελικές μορφές της ενέργειας που εξέρχεται από τον Ήλιο;

2. Αναζητήστε τον τρόπο με τον οποίο η ενέργεια μεταφέρεται από τον Ήλιο στη Γη. Πόση ενέργεια παράγει ο Ήλιος και πόση από αυτή φτάνει στη Γη (Ηλιακή σταθερά); Δείξτε με παραδείγματα πόσο μεγάλη είναι αυτή η ενέργεια.

3. Με ποιον τρόπο δεσμεύεται αυτή η ενέργεια από τους ζωντανούς οργανισμούς στη Γη. Περιγράψτε τη διαδικασία με την οποία ορισμένοι οργανισμοί δεσμεύουν την ηλιακή ενέργεια. Σε ποια μορφή μετατρέπεται η ηλιακή ενέργεια; Κατατάξτε τους οργανισμούς ανάλογα με τον τρόπο που αποκτούν την ενέργειά τους. (Συμβουλευτείτε το βιβλίο της Βιολογίας Α’ και Γ’ Γυμνασίου).

4. Εξετάστε με ποιους τρόπους η ενέργεια αυτή έχει αποθηκευτεί στη Γη. Η αποθηκευμένη αυτή ενέργεια χαρακτηρίζεται ως ανανεώσιμη ή μη ανανεώσιμη και γιατί;

5. Να παρουσιάσετε κατάλληλα την εργασία σε ένα χαρτόνι διαστάσεων 1mΧ70cm (περίπου)

 

Η ομάδα θα γράψει μία εργασία με τις εξής ενότητες:

Α. Η εργασία μας

Στην ενότητα αυτή θα περιγραφεί πλήρως, σε μορφή έκθεσης, όλη η εργασία που έγινε από τα μέλη της ομάδας, πώς ολοκληρώθηκε κάθε βήμα της, τι βοηθήματα χρησιμοποιήθηκαν, τι πηγές αναζητήθηκαν, ποιοι άνθρωποι βοήθησαν και πώς κ.τ.λ.

Β. Οι δυσκολίες

Στην ενότητα αυτή θα περιγραφεί ποια κομμάτια της εργασίας δυσκόλεψαν ιδιαίτερα την ομάδα και γιατί. Επίσης σ’ αυτήν την ενότητα θα περιγραφούν τα σημεία που δεν έγινε κατορθωτό να ολοκληρωθούν και οι λόγοι της μη ολοκλήρωσής τους.

Γ. Επιπλέον εργασίες

Στην ενότητα αυτή θα περιγραφούν επιπλέον τμήματα της εργασίας που πρόσθεσαν τα μέλη της ομάδας, χωρίς να ζητηθούν, αλλά που η ομάδα τα βρήκε ενδιαφέροντα.

Δ. Προτάσεις για το καλύτερο

Στην ενότητα αυτή θα περιγραφούν οι προτάσεις της ομάδας για καλυτέρευση της εργασίας.


Α.2 Η δουλειά μας

 

Α.2.1 Πρόλογος

 

Περιβάλλον και άνθρωπος είναι δυο διαφορετικές έννοιες σημασιολογικά αλλά είναι αδύνατο να μη συνυπάρχουν. Ο άνθρωπος είναι αναγκασμένος να ζήσει μέσα στο περιβάλλον και γι’ αυτό είναι υποχρεωμένος να είναι φιλικός προς αυτό και να το σέβεται. Γνωρίσαμε τα καταστροφικά αποτελέσματα του μη σεβασμού του περιβάλλοντος.

Η πυρπόληση των δασικών εκτάσεων και το μπάζωμα των ρεμάτων - με στόχο την οικοπεδοποίησή τους - κοντά σε μεγαλουπόλεις π.χ. Αθήνα, Κόρινθο και άλλες, μας έφεραν καταστροφές ανεπανόρθωτες.

Η περιποίηση και ο σεβασμός προς το περιβάλλον όχι μόνο θα ωφελήσει τον άνθρωπο αλλά θα επιφέρει πρόοδο και παραπέρα ανάπτυξη του βιοτικού επιπέδου. Η κύρια και πρωταρχική πηγή ενέργειας για τη Γη είναι ο Ήλιος, μια γιγαντιαία σφαίρα που αποτελείται από αέρια. Η ηλιακή ακτινοβολία, έχει τροφοδοτήσει και εξακολουθεί να τροφοδοτεί με ενέργεια όλες σχεδόν τις ανανεώσιμες και μη πηγές ενέργειας.

Κάθε ημέρα φτάνει μέσω ακτινοβολίας στην Ελλάδα τόση ηλιακή ενέργεια που θα μπορούσε να καλύψει τις ενεργειακές ανάγκες των κατοίκων της για ενάμισι χρόνο.

Η ηλιακή ενέργεια είναι θεωρητικά ανεξάντλητη όπως και η πηγή από την οποία προέρχεται (ο Ήλιος) και περιβαλλοντικά καθαρή, αφού για την αξιοποίηση της δε μεσολαβεί καμία ρυπογόνος διαδικασία. Η ηλιακή ενέργεια, λοιπόν, είναι δυνατό να αποτελέσει στο μέλλον την κυριότερη εναλλακτική λύση στο ενεργειακό και περιβαλλοντικό πρόβλημα.

 

 

Α.2.2 Ο Ήλιος

 

Ο ήλιος μας αποτελείται ως επί το πλείστον από το υδρογόνο (70%), το ήλιον (28%) και το υπόλοιπο 2% από βαρέα στοιχεία. Είναι επίσης ένα κίτρινο νάνος αστέρας. Φυσικά είναι το μόνο αστέρι αρκετά κοντά μας, ώστε να εξετάσουμε τα εξωτερικά και τα εσωτερικά στρώματά του λεπτομερώς.

 

Ο Ήλιος είναι το μόνο άστρο που επηρεάζει φανερά τη ζωή μας, όχι μόνο την ημέρα αλλά και τη νύκτα, με ηλιοφάνεια αλλά και τις νεφοσκεπείς ημέρες. Ο ήλιος παράγει και ακτινοβολεί τεράστιες ποσότητες ενέργειας. Σε κάθε δευτερόλεπτο που περνά, ο ήλιος εκπέμπει ενέργεια ίση με μερικές εκατοντάδες δισεκατομμύρια τρισεκατομμυρίων κιλοβατώρες. Και μας παρέχει σχεδόν όλη την ενέργεια που χρησιμοποιούμε στη Γη. Ακόμη και ο άνεμος και τα νέφη είναι αποτέλεσμα της επίδρασης της ηλιακής ενέργειας στη Γη. Από την ηλιακή ακτινοβολία προέρχεται η αιολική ενέργεια, ο κύκλος του νερού, η βιολογική ενέργεια, το πετρέλαιο, το φυσικό αέριο, ο άνθρακας και σχεδόν όλη η ενέργεια στο ηλιακό σύστημα. Εξαίρεση αποτελεί η πυρηνική ενέργεια που παράγεται από χημικά στοιχεία που δημιουργήθηκαν ως αποτέλεσμα εκρηκτικών φαινομένων που έγιναν κατά τον θάνατο ορισμένων μεγάλων άστρων.

 

Είναι ένας συνηθισμένος νάνος αστέρας δεύτερης γενιάς που παράγει ενέργεια από σύντηξη υδρογόνου στο εσωτερικό του. Πιο συγκεκριμένα με την αλυσιδωτή αντίδραση πρωτονίου-πρωτονίου, με την οποία καταναλώνει το υδρογόνο του με ένα ρυθμό 4.000.000 τόνων, ανά δευτερόλεπτο, παράγοντας ήλιο. Γίνονται δηλαδή πολλές πυρηνικές συντήξεις.

 

 

Α.2.3 Η δομή του Ήλιου

 

Ο ήλιος έχει διάφορα στρώματα, το πιο εσωτερικό του είναι ο πυρήνας, που είναι περίπου 400.000 km σε διάμετρο και περιέχει περίπου το 60% της μάζας του ήλιου και λιγότερο από το 2% τον όγκο του. Εδώ πραγματοποιείται η πυρηνική τήξη, η θερμοκρασία φθάνει τους 15.000.000 Kelvin, η πίεση 250 δισεκατομμύρια ατμόσφαιρες και η πυκνότητα του είναι 150 φορές μεγαλύτερη του νερού.

 

Αριστερά διακρίνονται κάποιες περιοχές πιο λαμπρές - λευκές σχεδόν - από τον περίγυρο τους, που λέγονται πυρσοί και παρουσιάζουν μαγνητικές δραστηριότητες. Επίσης, συναντούμε ένα ακανόνιστο πεδίο από κόκκους με διάρκεια ζωής μερικών μόνο λεπτών. Η διάμετρος τους φτάνει τα 1.000 χιλιόμετρα και αποτελούν τις κορυφές ανοδικών ρευμάτων υπερθερμασμένων αερίων, που μοιάζουν με φυσαλίδες ατμού σε νερό που βράζει. Ορισμένες φορές τα μεγαλύτερα ενεργειακά ρεύματα δημιουργούν την υπερκοκκίαση, σχηματισμούς που έχουν διαμέτρους 35.000 χιλιομέτρων ή και την γιγαντιαία κοκκίωση που καλύπτει όλη την επιφάνεια του ήλιου.

 

Το επόμενο στρώμα από τον πυρήνα, είναι η ζώνη της ακτινοβολίας. Ένας σφαιρικός φλοιός με πάχος το 40% της ηλιακής ακτίνας και η θερμοκρασία της είναι περίπου 2 έως 8.000.000 Κ. Είναι ένα στρώμα μέσω του οποίου η ενέργεια του πυρήνα, με τη μορφή ακτινοβολίας, μεταφέρεται μέσα από διαδοχικές απορροφήσεις και εκπομπές των φωτονίων με τα ελεύθερα ηλεκτρόνια και τα ιόντα της ζώνης ακτινοβολίας. Τα φωτόνια αφού συνέχεια συγκρούονται φτάνουν με τυχαίο τρόπο μέχρι την επιφάνεια. Οι επιστήμονες θεωρούν ότι χρειάζονται, αυτά τα φωτόνια, περίπου 20 εκατομμύρια έτη για να ταξιδέψουν αυτήν την απόσταση.

 

Στο επόμενο στρώμα που είναι το μεταφοράς, το πάχος φθάνει στο 15% της ακτίνας του ήλιου και επικρατούν θερμοκρασίες της τάξεως των 2.000.000 Κ. Είναι εκεί όπου οι πυρήνες του υδρογόνου και τα βαρύτερα στοιχεία συνδυάζονται με τα ελεύθερα ηλεκτρόνια για να σχηματίσουν τα ουδέτερα άτομα ή ιόντα. Η παρουσία των οποίων είναι σε θέση να απορροφήσουν τα φωτόνια. Η μεταφορά πλέον της ενέργειας προς τα εξωτερικά στρώματα, γίνεται κυρίως με ανοδικά ρεύματα ύλης ενώ στο τέλος της ζώνης μεταφοράς πάλι έχουμε εκπομπές και απορροφήσεις φωτονίων. Στον ήλιο, νομίζουμε ότι αυτό το στρώμα είναι αρμόδιο για το σχηματισμό των μαγνητικών πεδίων, και έτσι αυτό έχει επιπτώσεις στη χρωμόσφαιρα και στη δραστηριότητα της κορώνας, αλλά οι λεπτομέρειες είναι ακόμα αβέβαιες.

 

Τα εξωτερικά στρώματα του Ήλιου υφίστανται διαφορική περιστροφή: στον Ισημερινό η επιφάνεια κάνει μια περιστροφή κάθε 25.4 ημέρες. Πλησίον των πόλων είναι 36 ημέρες. Αυτή η παράξενη συμπεριφορά οφείλεται στο γεγονός ότι ο Ήλιος δεν είναι στερεός σαν τη Γη. Παρόμοια φαινόμενα συναντούμε και στους αεριώδεις πλανήτες. Η διαφορική περιστροφή φτάνει μέχρι το εσωτερικό του Ήλιου, αλλά ο πυρήνας του στρέφεται σαν να είναι στερεό σώμα.

 

Η δομή της ατμόσφαιρας του ήλιου μας είναι γνωστή. Πρώτα συναντάμε στο εσωτερικό της, την φωτόσφαιρα, αυτό το φωτεινό επιφανειακό στρώμα που βρίσκεται μεταξύ της αδιαφανούς ζώνης μεταφοράς και της χρωμόσφαιρας. Αυτό το λαμπρό ορατό στρώμα, έχει μέσο πάχος μόνο 2.000 χιλιόμετρα και από το οποίο η περισσότερη ενέργεια ακτινοβολείται στο διάστημα. Ένα χαρακτηριστικό γνώρισμα της φωτόσφαιρας είναι η κοκκώδης υφή, που καλείται φωτοσφαιρική κοκκίαση. Το φαινόμενο οφείλεται σε ανοδικά ρεύματα θερμών αερίων.

 

Η θερμοκρασία της φωτόσφαιρας είναι περίπου 6.000 Κ στο βαθύτερο σημείο της και 4.000 Κ κοντά στην επιφάνεια. Από τις ηλιακές κηλίδες είμαστε σε θέση να ανιχνεύσουμε πόσο γρήγορα ο ήλιος περιστρέφεται. Κατά ένα ενδιαφέροντα τρόπο περιστρέφεται γρηγορότερα στον ισημερινό και πιο αργά στους πόλους, το γιατί κανένας δεν ξέρει. Έχει προταθεί εν τούτοις, ότι η διαφορική περιστροφή οφείλεται στη γρήγορη περιστροφή του πυρήνα του ήλιου.

 

Την χρωμόσφαιρα την βλέπουμε με λαμπρό κόκκινο χρώμα σε περιόδους έκλειψης ηλίου και ανυψώνεται επάνω από τη φωτόσφαιρα μερικές χιλιάδες χιλιόμετρα. Η θερμοκρασία της είναι μεταξύ 4.000 βαθμών Κ (στην περιοχή που βρίσκεται πλησιέστερα στη φωτόσφαιρα) έως 50.000 βαθμούς Κ. Η έντονη άνοδος στη θερμοκρασία οφείλεται στην πυκνότητα του υλικού που μειώνεται εκθετικά με το ύψος.

Δεξιά βλέπουμε στην εικόνα του ήλιου τα νήματα, τις τεράστιες προεξοχές που μοιάζουν με χείμαρρους υπερθερμασμένων αερίων, που εκτοξεύονται με τεράστιες ταχύτητες σε αποστάσεις εκατομμυρίων χιλιομέτρων στο διάστημα.

 

Πάνω από τη χρωμόσφαιρα βρίσκεται το εντυπωσιακό στέμμα (κορώνα) και στο φάσμα της βρίσκουμε μερικές λαμπρές γραμμές, που προέρχονται από έντονα ιονισμένα άτομα στοιχείων. Η χρωμόσφαιρα που είναι η εξωτερική στιβάδα της ατμόσφαιράς του ήλιου εκτείνεται σε απόσταση 3,5 εκατομμυρίων χιλιομέτρων. Η υψηλή θερμοκρασίας του στέμματος, είναι η αιτία της εκπομπής ακτίνων-Χ από εκεί. Η θερμοκρασία της ανεβαίνει από 500.000 Κ έως και 2.000.000 βαθμούς Κ.

 

Και τέλος ο ηλιακός άνεμος, που είναι ηλιακή ακτινοβολία μαζί με έντονο ρεύμα πρωτονίων, ηλεκτρονίων και πυρήνων ηλίου, που εκτοξεύονται από την ατμόσφαιρα με ταχύτητες εκατοντάδων χιλιομέτρων το δευτερόλεπτο. Τα σωματίδια αυτά ταξιδεύουν κατά μήκος των ανοικτών μαγνητικών γραμμών του στέμματος.

 

Όταν ο ήλιος έφθασε στο παρόν μέγεθός του - περίπου 4,6 δισεκατομμύρια έτη πριν - ήταν αρκετά καυτός στο εσωτερικό του για να ξεκινήσουν οι πυρηνικές αντιδράσεις που θα τον έκαναν να φλέγεται. Ο ήλιος όμως δεν μπορεί να λάμπει για πάντα, επειδή κάποτε θα καταναλώσει τα καύσιμά του. Οι πυρηνικές αντιδράσεις έχουν μετατρέψει μέχρι σήμερα περίπου το 37% του υδρογόνου σε ήλιο στο κέντρο του. Οι αστρονόμοι υπολογίζουν ότι ο πυρήνας του ήλιου θα τελειώσει το υδρογόνο σε περίπου 7 δισεκατομμύρια έτη.

 

Σε όλους τους αστέρες άρα και στον ήλιο η ενέργεια παράγεται με την πυρηνική σύντηξη. Το υδρογόνο που υπάρχει στον πυρήνα του μέσω της πυρηνικής σύντηξης μετατρέπεται σε ήλιο. Στην αντίδραση αυτή πρωτόνια συγκρούονται και δημιουργούν πυρήνες ηλίου ενώ ταυτόχρονα απελευθερώνεται ενέργεια με τη μορφή ακτινών γ και νετρίνων. Η αντίδραση αυτή, που ονομάζεται αλυσίδα πρωτονίου-πρωτονίου (p-p), απελευθερώνει ενέργεια 4,2x10-12 J για τη δημιουργία ενός πυρήνα ηλίου. Για να δικαιολογηθεί η φωτεινότητα του ήλιου θα πρέπει ηλιακή μάζα ίση με 140 τρισεκατομμύρια τόνους να μετατρέπεται σε ενέργεια κατά τη διάρκεια ενός χρόνου.

 

Ή αλλιώς ο ήλιος μας εκπέμπει ενέργεια ίση με 386 δισεκατομμύρια Μegawatts και κάθε δευτερόλεπτο 700.000.000 τόνοι υδρογόνου μετατρέπονται σε 695.000.000 τόνους ηλίου και 5.000.000 τόνους σε ενέργεια με τη μορφή ακτίνων γάμα. Καθώς ταξιδεύει προς την επιφάνεια η ακτινοβολία συνεχώς απορροφάται και επανεκπέμπεται σε ολοένα μικρότερη θερμοκρασία έτσι ώστε όταν φτάσει στην επιφάνεια να γίνει κυρίως ορατή ακτινοβολία. Για το 20% τουλάχιστον στο δρόμο της προς την επιφάνεια η ενέργεια φέρεται περισσότερο μέσω μετάδοσης παρά με ακτινοβολία.

 

Όμως το υδρογόνο που χρησιμοποιείται βρίσκεται κοντά και μέσα στον πυρήνα του ηλίου, δηλαδή μόνο το 10% της ολικής του μάζας. Άρα η ενέργεια που ακτινοβολείται από τον ήλιο προέρχεται από τον πυρήνα του. Γι αυτό και ένα φωτόνιο που γεννήθηκε στον πυρήνα του ηλίου για να καταφέρει να φτάσει στην επιφάνειά του απαιτείται πολύ μεγάλο χρονικό διάστημα, λόγω των συνεχών συγκρούσεων του. Η ανάλυση δείχνει ότι οι ακτίνες που βλέπουμε σήμερα έχουν γεννηθεί πριν από εκατοντάδες χιλιάδες χρόνια.

 

Αν το υδρογόνο εξαντληθεί τότε θα αρχίσει σε αυτή τη φάση του ήλιου η σύντηξη ηλίου σε βαρύτερα στοιχεία. Φυσικά ο ρυθμός της παραγωγής της ενέργειας θα αλλάξει και όταν θα συμβεί αυτό η διάμετρος, η θερμοκρασία και η λαμπρότητα του ηλίου θα μεταβληθούν. Οι επιστήμονες εκτιμούν πως ο ήλιος θα συνεχίσει να παράγει ενέργεια από τη σύντηξη του υδρογόνου για 5 περίπου δισεκατομμύρια χρόνια ακόμα.

 

Δεξιά στον ήλιο βρίσκουμε στην φωτόσφαιρα σκοτεινές περιοχές ή κηλίδες με μια θερμοκρασία 3.000 βαθμών μόνο, σε αντίθεση με την φωτόσφαιρα που έχει 6.000 βαθμούς. Οι σκοτεινές κηλίδες έχουν έκταση εκατομμύρια χιλιόμετρα, εμφανίζονται σε ζεύγη ή ομάδες, δημιουργούν μαγνητικά πεδία ενώ διαρκούν αρκετές εβδομάδες. Ο επαναλαμβανόμενος 11-ετής κύκλος των κηλίδων ανακαλύφθηκε για πρώτη φορά από τον Γαλιλαίο.

 

Ο ήλιος θα γίνεται σταθερά φωτεινότερος καθώς θα περνάει ο χρόνος και θα συσσωρεύεται στον πυρήνα του ολοένα και περισσότερο ήλιο. Όμως μπορεί το υδρογόνο να ελαττώνεται, αλλά ο πυρήνας του ήλιου πρέπει να συνεχίσει να έχει αρκετή πίεση ώστε να μην καταρρεύσει. Ο μόνος τρόπος που μπορεί να το κάνει είναι να αυξηθεί η θερμοκρασία του. Η αύξηση της θερμοκρασίας αυξάνει το ρυθμό με τον οποίο συμβαίνουν οι πυρηνικές αντιδράσεις και έτσι ο ήλιος γίνεται φωτεινότερος. Σε 3 δισεκατομμύρια έτη, ο ήλιος θα είναι αρκετά καυτός ώστε να εξατμιστούν οι ωκεανοί της Γης. Σε τέσσερα δισεκατομμύρια έτη από τότε, ο ήλιος θα έχει καταναλώσει όλο το υδρογόνο του και θα φουσκώσει σαν μπαλόνι, μετατρεπόμενος προς ένα γιγαντιαίο άστρο που θα καταπιεί τον Ερμή. Σε αυτό το σημείο της ζωής του, ο ήλιος θα είναι ένας ερυθρός γίγαντας.

 

Ο ήλιος θα είναι τότε 2.000 φορές φωτεινότερος από ό,τι είναι τώρα, και αρκετά καυτός ώστε να λειώσει τους γήινους βράχους. Τότε το εξωτερικό ηλιακό σύστημα θα γίνει θερμότερο και πιο κατοικήσιμο. Τα παγωμένα φεγγάρια των γιγαντιαίων εξωτερικών πλανητών μπορούν να θερμανθούν αρκετά ώστε να καλυφθούν από νερό αντί με πάγο.

 

Όταν ο ερυθρός γίγαντας ήλιος μας καταναλώσει και τα τελευταία του καύσιμα, δεν θα είναι σε θέση πλέον να υποστηρίξει το βάρος των εσωτερικών στρωμάτων του, και θα αρχίσουν να καταρρέουν προς τον πυρήνα, παράγοντας τελικά ένα μικρό, πυκνό, ψυχρό άστρο, που ονομάζεται λευκός νάνος. Ο ήλιος θα έχει έπειτα σχεδόν την ίδια ακτίνα με τη Γη, αλλά αυτό θα είναι περισσότερο πυκνό και με περισσότερη μάζα από τη Γη. Ο ήλιος θα γίνει λευκό νάνο αστέρι περίπου σε 8 δισεκατομμύρια έτη από τώρα. Αφότου γίνει λευκός νάνος, τότε θα ψύχεται αργά-αργά για δισεκατομμύρια έτη. Τελικά όταν θα γίνει πάρα πολύ ψυχρός δεν θα εκπέμπει πλέον φως.

 

 

 

Α.2.4 Πυρηνική σύντηξη

 

Πυρηνική σύντηξη (συν + τήξη) ονομάζεται η συνένωση ελαφρών πυρήνων με ταυτόχρονη απελευθέρωση ενέργειας.

 

Η ενέργεια που απελευθερώνεται, οφείλεται στο ότι η ενέργεια σύνδεσης ανά νουκλεόνιο στα προϊόντα της σύντηξης, είναι μικρότερη από το άθροισμα των ενεργειών σύνδεσης που χαρακτηρίζει κάθε αντιδρών συστατικό της σύντηξης. Οπότε με τη δημιουργία των προϊόντων στη διαδικασία της σύντηξης, υπάρχει ένα "περίσσευμα" ενέργειας, που οφείλεται στη διαφορά των ενεργειών σύνδεσης και αυτή απελευθερώνεται στο περιβάλλον με μορφή κινητικής ενέργειας στα παραπροϊόντα (π.χ. σωματίδια β ή νετρίνα ηλεκτρονίου) και με τη μορφή ακτινοβολίας γάμα.

 

Πυρηνική σύντηξη μπορούν να δημιουργήσουν μόνον ελαφρά στοιχεία, όπως τα ισότοπα του υδρογόνου. Με την θέρμανση αερίου υδρογόνου σε υψηλές θερμοκρασίες, προκαλούνται συγκρούσεις των πυρήνων των ατόμων του υδρογόνου, τόσο ορμητικές και βίαιες που τελικά αυτοί συνενώνονται δημιουργώντας σταδιακά, πυρήνες ενός άλλου στοιχείου (μεταστοιχείωση), του ηλίου, εκλύοντας ταυτόχρονα θερμική ενέργεια.

Οι πυρηνικές αντιδράσεις που περιγράφουν την εξώθερμη σύντηξη υδρογόνου, αρχικά σε δευτέριο και τελικά σε ήλιο είναι οι ακόλουθες:

 

 

 

 

 

 

 

 

Όπου, ο πυρήνας του υδρογόνου, ο πυρήνας του δευτερίου, το ελαφρύ ισότοπο 3-2 του ηλίου και το ισότοπο 4-2 του ηλίου που συναντάμε και πιο συχνά στο περιβάλλον. Το β+ είναι ένα σωματίδιο β (εν προκειμένω ποζιτρόνιο), το νe είναι το νετρίνο ηλεκτρονίου και γ η ακτινοβολία γάμα.

 

Αντιδράσεις σύντηξης εξελίσσονται συνέχεια στον Ήλιο, καθώς και σε θερμοπυρηνικούς αντιδραστήρες ή στα θερμοπυρηνικά όπλα.

Αντίθετη αντίδραση της πυρηνικής σύντηξης είναι η πυρηνική σχάση.