Със сигурност знаете, че един от начините за производство на енергия и електричество се осъществява чрез използването на ядрена енергия. Но може да не знаете как наистина работи. Има два процеса на образуване на ядрена енергия: ядрено делене и ядрен синтез.
Искате ли да знаете какво е ядрено делене и всичко свързано с него?
Ядрен деление
Ядреното делене е химическа реакция, при която по-тежкото ядро се бомбардира с неутрони. Когато това се случи, то се превръща в по-нестабилно ядро и се разлага на две ядра, чиито размери са сходни в същия ред на величина. В този процес освобождава се голямо количество енергия и се излъчват няколко неутрона.
Когато неутроните се излъчват от разделянето на ядрото, те са способни да причинят други разцепвания, като взаимодействат с други близки ядра. След като неутроните причинят други цепнатини, неутроните, които ще бъдат освободени от тях, ще генерират още повече цепки. Така че, тъй като се генерира голямо количество енергия. Този процес се случва за малка част от секундата и е известна като верижна реакция. Ядрата, които са се разцепили, отделят милион пъти повече енергия от тази, получена чрез изгаряне на блок въглища или експлозия на блок динамит със същата маса. По тази причина ядрената енергия е много мощен източник на енергия и се използва за високи енергийни нужди.
Това освобождаване на енергия се случва по-бързо, отколкото при химична реакция.
Когато се получат неутронни цепвания и се освободи само един неутрон, причиняващ последващо делене, броят на цепенията, възникващи в секунда, е постоянен и реакциите могат да бъдат добре контролирани. Това е принципът, по който работят ядрени реактори.
Разлика между синтез и делене
И двете са ядрени реакции, които освобождават енергията, съдържаща се в ядрото на атом. Но има големи разлики между двете. Ядреното делене, както беше коментирано, е разделянето на по-тежкото ядро на по-малки, чрез сблъсъка с неутрони. В случая на ядрен синтез е точно обратното. то е комбинацията от по-леки ядра за да създадете по-голям и по-тежък.
Например, при ядрено делене, уран 235 (това е единственият изотоп, който може да претърпи ядрено делене и който се намира в природата) се комбинира с неутрон, за да образува по-стабилен атом, който се разделя бързо иn барий 144 и криптон 89, плюс три неутрона. Това е една от възможните реакции, които възникват, когато уранът се комбинира с неутрон.
С тази операция действат ядрените реактори, които в момента са открити и се използват за генериране на електрическа енергия.
За да се осъществи ядрен синтез, е необходимо двете по-леки ядра да се обединят, за да образуват по-тежко. В този процес се отделя голямо количество енергия. Например на Слънцето непрекъснато протичат процеси на ядрен синтез, при които атомите с по-малка маса се обединяват, за да образуват по-тежки. Двете по-леки ядра трябва да бъдат положително заредени и да се приближават едно до друго, преодолявайки съществуващите електростатични сили на отблъскване. Това изисква голямо количество температура и налягане. На нашата планета, тъй като на Слънцето няма натиск, необходимата енергия, необходима на ядрата да реагират и да преодолеят тези отблъскващи сили те се постигат с помощта на ускорител на частици.
Една от най-типичните реакции на ядрен синтез е тази, която се състои от комбинацията от два изотопа на водород, деутерий и тритий, за образуване на хелиев атом плюс неутрон. Когато това се случи, на Слънцето има високо гравитационно налягане, на което са подложени водородните атоми и те се нуждаят от температури от 15 милиона градуса по Целзий, за да се слеят. Всяка секунда 600 милиона тона водород се сливат, за да образуват хелий.
Сега няма реактори, които да работят с ядрен синтез, тъй като е много сложно да се пресъздадат тези условия. Най-много се наблюдава експериментален реактор за ядрен синтез, наречен ITER, който се изгражда във Франция и който се опитва да определи дали този процес на производство на енергия е жизнеспособен както технологично, така и икономически, осъществявайки ядрен синтез чрез магнитно задържане.
Критична маса
Критичната маса е най-малкото делящ се материал това е необходимо, за да може да се поддържа ядрена верижна реакция и да се генерира енергия по постоянен начин.
Въпреки че при всяко ядрено делене се получават между два и три неутрона, не всички освободени неутрони са в състояние да продължат с друга реакция на делене, но някои от тях се губят. Ако тези неутрони, освободени от всяка реакция, се загубят със скорост, по-голяма от тази са способни да се образуват чрез делене, верижната реакция няма да бъде устойчива и ще спре.
Следователно тази критична маса ще зависи от няколко фактора като физичните и ядрените свойства, геометрията и чистотата на всеки атом.
За да има реактор, в който излизат най-малко неутрони, е необходима геометрия на сферата, тъй като тя има минимално възможната повърхност, така че изтичането на неутрони е намалено. Ако материалът, който използваме за делене, го заобиколим с неутронен рефлектор, много повече неутрони се губят и критичната маса, която е необходима, се намалява. Това спестява суровини.
Спонтанно ядрено делене
Когато това се случи, не е необходимо неутронът да се абсорбира отвън, но в някои изотопи на уран и плутоний, имащи по-нестабилна атомна структура, те са способни на спонтанно делене.
Поради тази причина във всяка реакция на ядрено делене има вероятност в секунда, че атомът е способен да се дели спонтанно, т.е. без никой да се намесва. Например, плутоний 239 има по-голяма вероятност от спонтанно делене, отколкото уран 235.
С тази информация се надявам да знаете нещо повече за това как се създава ядрена енергия за производство на електроенергия в градовете.