Určitě víte, že jeden ze způsobů výroby energie a elektřiny se děje pomocí jaderné energie. Ale možná nevíte, jak to opravdu funguje. Existují dva procesy formování jaderné energie: jaderné štěpení a jaderná fúze.
Chcete vědět, co je jaderné štěpení a vše, co s ním souvisí?
Jaderná fúze
Jaderné štěpení je chemická reakce, při které je těžší jádro bombardováno neutrony. Když k tomu dojde, stane se z něj nestabilnější jádro a rozloží se na dvě jádra, jejichž velikosti jsou podobné ve stejném řádu. V tomto procesu uvolňuje se velké množství energie a je emitováno několik neutronů.
Když jsou neutrony emitovány dělením jádra, jsou schopné způsobit další štěpení interakcí s jinými blízkými jádry. Jakmile neutrony způsobí další štěpení, neutrony, které z nich budou uvolněny, vygenerují ještě více štěpení. Takže se generuje velké množství energie. K tomuto procesu dochází za malou zlomek sekundy a je známá jako řetězová reakce. Jádra, která byla štěpena, uvolňují milionkrát více energie než ta, která byla získána spálením bloku uhlí nebo explozí bloku dynamitu stejné hmotnosti. Z tohoto důvodu je jaderná energie velmi silným zdrojem energie a používá se pro vysoké energetické požadavky.
K tomuto uvolňování energie dochází rychleji než při chemické reakci.
Když dojde ke štěpení neutronů a uvolní se pouze jeden neutron, což způsobí následné štěpení, je počet štěpení vyskytujících se za sekundu konstantní a reakce lze dobře kontrolovat. To je princip, podle kterého fungují jaderné reaktory.
Rozdíl mezi fúzí a štěpením
Obě jsou jaderné reakce, které uvolňují energii obsaženou v jádru atomu. Ale mezi těmito dvěma existují velké rozdíly. Jaderné štěpení, jak již bylo zmíněno, je oddělení těžšího jádra na menší prostřednictvím srážky s neutrony. V případě jaderné fúze je to naopak. to je kombinace lehčích jader vytvořit větší a těžší.
Například v jaderném štěpení uran 235 (je to jediný izotop, který může podstoupit jaderné štěpení a nachází se v přírodě) se spojí s neutronem a vytvoří stabilnější atom, který se rychle dělí an barium 144 a krypton 89plus tři neutrony. Toto je jedna z možných reakcí, ke kterým dochází, když se uran spojí s neutronem.
S touto operací působí jaderné reaktory, které se v současné době nacházejí a které se používají k výrobě elektrické energie.
K uskutečnění jaderné fúze je nutné, aby se dvě lehčí jádra spojila a vytvořila těžší. V tomto procesu se uvolňuje velké množství energie. Například na Slunci nepřetržitě probíhají procesy jaderné fúze, ve kterých se atomy s nižší hmotností spojují a vytvářejí těžší. Dvě lehčí jádra musí být kladně nabitá a musí se přibližovat k sobě navzájem, aby překonala existující elektrostatické síly. To vyžaduje velké množství teploty a tlaku. Na naší planetě, protože na Slunci neexistuje žádný tlak, je nutná energie potřebná k tomu, aby jádra reagovala a překonala tyto odpudivé síly je jich dosaženo pomocí urychlovače částic.
Jednou z nejtypičtějších reakcí jaderné fúze je reakce, která se skládá z kombinace dvou izotopů vodíku, deuteria a tritia, za vzniku atomu helia plus neutronu. Když k tomu dojde, na Slunci jsou vysoké gravitační tlaky, kterým jsou vystaveny atomy vodíku, a aby se spojily, potřebují teploty 15 milionů stupňů Celsia. Každou sekundu 600 milionů tun vodíku se spojilo a vytvořilo helium.
Dnes neexistují žádné reaktory, které by pracovaly s jadernou fúzí, protože je velmi složité tyto podmínky znovu vytvořit. Nejvíce je vidět experimentální reaktor pro jadernou fúzi s názvem ITER, který se staví ve Francii a který se pokouší zjistit, zda je tento proces výroby energie životaschopný technologicky i ekonomicky, a provádí jadernou fúzi magnetickým uzavřením.
Kritické množství
Kritické množství je nejmenší množství štěpného materiálu to je nutné, aby bylo možné udržovat jadernou řetězovou reakci a konstantní generování energie.
Ačkoli v každém jaderném štěpení vznikají dva až tři neutrony, ne všechny uvolněné neutrony jsou schopny pokračovat v další štěpné reakci, ale některé z nich jsou ztraceny. Pokud se tyto neutrony uvolněné každou reakcí ztratí větší rychlostí jsou schopné se tvořit štěpením, řetězová reakce nebude udržitelná a přestane to.
Proto bude toto kritické množství záviset na několika faktorech, jako jsou fyzikální a jaderné vlastnosti, geometrie a čistota každého atomu.
Abychom mohli mít reaktor, ve kterém unikne nejméně neutronů, je zapotřebí geometrie koule, protože má minimální možnou plochu, takže únik neutronů je snížen. Pokud materiál, který používáme ke štěpení, ohraničíme ho neutronovým reflektorem, ztratí se mnohem více neutronů a sníží se potřebné kritické množství. To šetří suroviny.
Spontánní štěpení jader
Když k tomu dojde, není nutné, aby neutron musel být absorbován zvenčí, ale v určitých izotopech uranu a plutonia, které mají nestabilnější atomovou strukturu, jsou schopné spontánního štěpení.
Proto v každé reakci štěpení jader existuje pravděpodobnost za sekundu, že atom je schopen štěpení spontánně, tj. Bez zásahu kohokoli. Například, plutonium 239 má větší pravděpodobnost spontánního štěpení než uran 235.
S touto informací doufám, že víte něco více o tom, jak se vytváří jaderná energie pro výrobu elektřiny ve městech.