Du ved bestemt, at en af måderne til at producere energi og elektricitet sker gennem brug af nuklear energi. Men du ved muligvis ikke, hvordan det virkelig fungerer. Der er to processer med dannelse af atomenergi: nuklear fission og nuklear fusion.
Vil du vide, hvad nuklear fission er, og alt, hvad der er relateret til det?
Nuklear fision
Nuklear fission er en kemisk reaktion, hvor den tungere kerne bombarderes med neutroner. Når dette sker, bliver det en mere ustabil kerne og nedbrydes i to kerner, hvis størrelser er ens i samme størrelsesorden. I denne proces store mængder energi frigives og flere neutroner udsendes.
Når neutroner udsendes af kernens opdeling, er de i stand til at forårsage andre fissioner ved at interagere med andre nærliggende kerner. Når neutronerne forårsager andre fissioner, genererer neutronerne, der frigøres fra disse, endnu flere fissioner. Så videre, da der genereres en stor mængde energi. Denne proces opstår i en lille brøkdel af et sekund og er kendt som en kædereaktion. Kerne, der er fissioneret, frigiver en million gange mere energi end den, der opnås ved at brænde en kulblok eller eksplodere en blok af dynamit med samme masse. Af denne grund er kerneenergi en meget kraftig energikilde og bruges til høje energibehov.
Denne frigivelse af energi sker hurtigere end i en kemisk reaktion.
Når neutronfissioner opstår, og kun en neutron frigives, der forårsager en efterfølgende fission, er antallet af fissioner, der forekommer pr. Sekund konstant, og reaktionerne kan kontrolleres godt. Dette er det princip, hvormed de arbejder atomreaktorer.
Forskel mellem fusion og fission
Begge er nukleare reaktioner, der frigiver energien indeholdt i atomets kerne. Men der er store forskelle mellem de to. Som nævnt er nuklear fission adskillelse af den tungere kerne i mindre gennem kollision med neutroner. I tilfælde af nuklear fusion er det det modsatte. det er kombinationen af lettere kerner at skabe en større og tungere.
For eksempel i nuklear fission, uran 235 (det er den eneste isotop, der kan gennemgå nuklear fission og findes i naturen) kombineres med en neutron for at danne et mere stabilt atom, der deler sig hurtigt ogn barium 144 og krypton 89plus tre neutroner. Dette er en af de mulige reaktioner, der opstår, når uran kombineres med neutronen.
Med denne operation virker de atomreaktorer, der i øjeblikket findes, og som bruges til generering af elektrisk energi.
For at kernefusion kan finde sted, er det nødvendigt, at de to lettere kerner forenes for at danne en tungere. I denne proces frigøres en stor mængde energi. For eksempel foregår der kontinuerligt kernefusionsprocesser i solen, hvor atomer med en lavere masse forenes for at danne tungere. De to lettere kerner skal være positivt ladede og bevæge sig tættere på hinanden for at overvinde de elektrostatiske frastødningskræfter, der findes. Dette kræver en stor mængde temperatur og tryk. Da der ikke er noget pres i Solen på vores planet, er den nødvendige energi, der er nødvendig for at kernerne reagerer og overvinder disse frastødende kræfter de opnås ved hjælp af en partikelaccelerator.
En af de mest typiske kernefusionsreaktioner er den, der består af kombinationen af to isotoper af hydrogen, deuterium og tritium for at danne et heliumatom plus en neutron. Når dette sker, er der i solen høje tyngdekraftstryk, som hydrogenatomer udsættes for, og de har brug for temperaturer på 15 millioner grader Celsius for at smelte sammen. Hvert sekund 600 millioner tons brint smelter sammen til dannelse af helium.
Dag der er ingen reaktorer, der arbejder med nuklear fusion, da det er meget komplekst at genskabe disse forhold. Det mest, der ses, er en eksperimentel kernefusionsreaktor kaldet ITER, der bygges i Frankrig, og som forsøger at afgøre, om denne energiproduktionsproces er levedygtig både teknologisk og økonomisk, idet den udfører kernefusion gennem magnetisk indespærring.
Kritisk masse
Den kritiske masse er den mindste mængde fissilt materiale det er nødvendigt, så en nuklear kædereaktion kan opretholdes og energi kan genereres på en konstant måde.
Selvom der produceres i hver nuklear fission mellem to og tre neutroner, er ikke alle neutroner, der frigives, i stand til at kunne fortsætte med en anden fissionsreaktion, men nogle af dem går tabt. Hvis disse neutroner, der frigøres ved hver reaktion, går tabt med en hastighed, der er større end den er i stand til at blive dannet af fission, kædereaktionen vil ikke være bæredygtig og det stopper.
Derfor vil denne kritiske masse afhænge af flere faktorer såsom de fysiske og nukleare egenskaber, geometrien og renheden af hvert atom.
For at have en reaktor, hvor de mindst neutroner undslipper, er der behov for en kuglegeometri, da den har det mindst mulige overfladeareal, så neutronlækage reduceres. Hvis det materiale, som vi bruger til fission, grænser det op til en neutronreflektor, går mange flere neutroner tabt, og den kritiske masse, der er nødvendig, reduceres. Dette sparer råvarer.
Spontan nuklear fission
Når dette sker, er det ikke nødvendigt, at en neutron skal absorberes udefra, men i visse isotoper af uran og plutonium, der har en mere ustabil atomstruktur, er de i stand til spontan fission.
Derfor er der i hver nuklear fissionsreaktion sandsynligheden pr. Sekund for, at et atom er i stand til at fissionere spontant, dvs. uden at nogen griber ind. For eksempel, plutonium 239 er mere tilbøjelige til spontan fission end uran 235.
Med disse oplysninger håber jeg, at du ved noget mere om, hvordan kerneenergi skabes til elproduktion i byer.