Што такое ядзернае дзяленне

Вы напэўна ведаеце, што адзін з спосабаў вытворчасці энергіі і электраэнергіі ажыццяўляецца за кошт выкарыстання ядзернай энергіі. Але вы можаце не ведаць, як гэта сапраўды працуе. Ёсць два працэсы фарміравання ядзернай энергіі: ядзерны дзяленне і ядзерны сінтэз.

Вы хочаце ведаць, што такое дзяленне ядра і ўсё, што з гэтым звязана?

Ядзерны дзяленне

Дзяленне ядра - гэта хімічная рэакцыя, пры якой цяжэйшае ядро ​​бамбяць нейтронамі. Калі гэта адбываецца, яно становіцца больш няўстойлівым ядром і распадаецца на два ядра, памеры якіх аднолькавыя ў адным парадку велічыні. У гэтым працэсе выдзяляецца вялікая колькасць энергіі і выпрацоўваецца некалькі нейтронаў.

Калі нейтроны выпраменьваюцца дзяленнем ядра, яны здольныя выклікаць іншыя расколіны, узаемадзейнічаючы з іншымі бліжэйшымі ядрамі. Пасля таго, як нейтроны выклікаюць іншыя расколы, нейтроны, якія будуць вызвалены ад іх, будуць генерыраваць яшчэ больш расколаў. Такім чынам, па меры выпрацоўкі вялікай колькасці энергіі. Гэты працэс адбываецца за невялікую долю секунды і вядомы як ланцуговая рэакцыя. Ядра, якія расколіліся, выдзяляюць у мільён разоў больш энергіі, чым тыя, што атрымліваюцца пры спальванні блока вугалю альбо выбуху блока дынаміту такой жа масы. Па гэтай прычыне ядзерная энергія з'яўляецца вельмі магутнай крыніцай энергіі і выкарыстоўваецца для высокіх патрэбаў у энергіі.

Гэта вызваленне энергіі адбываецца хутчэй, чым пры хімічнай рэакцыі.

Калі адбываюцца расколы нейтронаў і вылучаецца толькі адзін нейтрон, які выклікае наступнае дзяленне, колькасць расколаў, якія адбываюцца ў секунду, пастаянна, і рэакцыі можна добра кантраляваць. Гэта прынцып, па якім яны працуюць ядзерныя рэактары.

Розніца паміж плаўленнем і дзяленнем

І тое, і другое - ядзерныя рэакцыі, якія вызваляюць энергію, якая змяшчаецца ў ядры атама. Але паміж імі ёсць вялікія адрозненні. Як было адзначана, ядзерным дзяленнем з'яўляецца падзел цяжэйшага ядра на больш дробныя ў выніку сутыкнення з нейтронамі. У выпадку ядзернага сінтэзу ўсё наадварот. Гэта лягчэйшая камбінацыя стрыжня каб стварыць большы і цяжкі.

Напрыклад, пры ядзерным дзяленні, уран 235 (гэта адзіны ізатоп, які можа падвергнуцца дзяленню ядра і сустракаецца ў прыродзе) спалучаецца з нейтронам, утвараючы больш устойлівы атам, які хутка дзеліцца іn барый 144 і крыптон 89, плюс тры нейтроны. Гэта адна з магчымых рэакцый, якія адбываюцца пры злучэнні ўрану з нейтронам.

У выніку гэтай аперацыі дзейнічаюць ядзерныя рэактары, якія выкарыстоўваюцца ў цяперашні час і выкарыстоўваюцца для вытворчасці электрычнай энергіі.

Каб адбыўся ядзерны сінтэз, неабходна, каб два больш лёгкія ядры аб'ядналіся і ўтварылі больш цяжкае. У гэтым працэсе вызваляецца вялікая колькасць энергіі. Напрыклад, на Сонцы бесперапынна адбываюцца працэсы ядзернага сінтэзу, у якіх атамы з меншай масай аб'ядноўваюцца і ўтвараюць больш цяжкія. Два лягчэйшыя ядры павінны быць станоўча зараджаныя і набліжацца адзін да аднаго, пераадольваючы існуючыя электрастатычныя сілы адштурхвання. Для гэтага патрэбна вялікая колькасць тэмпературы і ціску. На нашай планеце, паколькі на Сонцы няма ціску, неабходная энергія, неабходная для рэагавання ядраў і пераадолення гэтых сіл адштурхвання яны дасягаюцца пры дапамозе паскаральніка часціц.

Адной з найбольш тыповых рэакцый ядзернага сінтэзу з'яўляецца тая, якая складаецца з камбінацыі двух ізатопаў вадароду, дэўтэрыя і трыція, з адукацыяй атама гелія і нейтрона. Калі гэта адбываецца, на Сонцы ўзнікае высокае гравітацыйнае ціск, якому падвяргаюцца атамы вадароду, і для зліцця ім неабходна тэмпература 15 мільёнаў градусаў Цэльсія. Кожны другі 600 мільёнаў тон вадароду зліваюцца з геліем.

Цяперашні час няма рэактараў, якія працуюць з ядзерным сінтэзам, паколькі ўзнавіць гэтыя ўмовы вельмі складана. Больш за ўсё можна ўбачыць эксперыментальны рэактар ​​ядзернага сінтэзу пад назвай ITER, які будуецца ў Францыі і які спрабуе вызначыць, ці здольны гэты працэс вытворчасці энергіі як тэхналагічна, так і эканамічна, ажыццяўляючы ядзерны сінтэз з дапамогай магнітнага зняволення.

Крытычная маса

Крытычная маса складае найменшая колькасць дзеліцца матэрыялу гэта неабходна для таго, каб можна было падтрымліваць ядзерную ланцуговую рэакцыю і пастаянна атрымліваць энергію.

Хоць у кожным ядзерным дзяленні ўтвараецца ад двух да трох нейтронаў, не ўсе нейтроны, якія выдзяляюцца, здольныя працягваць іншую рэакцыю дзялення, але некаторыя з іх губляюцца. Калі гэтыя нейтроны, якія выдзяляюцца пры кожнай рэакцыі, губляюцца з хуткасцю большай, чым гэта здольныя ўтварыцца пры дзяленні, ланцуговая рэакцыя не будзе ўстойлівай і гэта спыніцца.

Такім чынам, гэтая крытычная маса будзе залежаць ад некалькіх фактараў, такіх як фізічныя і ядзерныя ўласцівасці, геаметрыя і чысціня кожнага атама.

Каб мець рэактар, у які выходзіць менш за ўсё нейтронаў, патрэбна геаметрыя сферы, бо ён мае мінімальна магчымую плошчу паверхні, каб памяншаецца ўцечка нейтронаў. Калі матэрыял, які мы выкарыстоўваем для дзялення, абмяжоўваем яго нейтронным адбівальнікам, губляецца значна больш нейтронаў і памяншаецца неабходная крытычная маса. Гэта дазваляе зэканоміць сыравіну.

Спантаннае ядзернае дзяленне

Калі гэта адбываецца, неабавязкова, каб нейтрон павінен паглынацца звонку, але ў некаторых ізатопах урану і плутонію, якія маюць больш нестабільную атамную структуру, яны здольныя да самаадвольнага дзялення.

Такім чынам, у кожнай рэакцыі ядзернага дзялення існуе верагоднасць у секунду, што атам здольны дзяліцца самаадвольна, гэта значыць без умяшання каго-небудзь. Напрыклад, Плутоній 239 мае больш шанцаў на самаадвольнае дзяленне, чым уран 235.

Дзякуючы гэтай інфармацыі, я спадзяюся, вы ведаеце нешта больш пра тое, як ствараецца атамная энергія для вытворчасці электраэнергіі ў гарадах.