Was ist Kernspaltung?

Kernspaltungssimulation

Sicher wissen Sie, dass eine der Möglichkeiten zur Erzeugung von Energie und Strom die Nutzung der Kernenergie ist. Aber Sie wissen vielleicht nicht, wie es wirklich funktioniert. Es gibt zwei Prozesse der Kernenergiebildung: Kernspaltung und Kernfusion.

Möchten Sie wissen, was Kernspaltung ist und was damit zusammenhängt?

Kernspaltung

Kernspaltung von Uran 235

Die Kernspaltung ist eine chemische Reaktion, bei der der schwerere Kern mit Neutronen bombardiert wird. Wenn dies geschieht, wird es zu einem instabileren Kern und zerfällt in zwei Kerne, deren Größen in derselben Größenordnung ähnlich sind. In diesem Prozess Es wird eine große Menge Energie freigesetzt und mehrere Neutronen werden emittiert.

Wenn Neutronen durch die Teilung des Kerns emittiert werden, können sie durch Wechselwirkung mit anderen nahe gelegenen Kernen andere Spaltungen verursachen. Sobald die Neutronen andere Spaltungen verursachen, erzeugen die Neutronen, die von ihnen freigesetzt werden, noch mehr Spaltungen. So wird eine große Menge Energie erzeugt. Dieser Vorgang findet statt in einem Bruchteil einer Sekunde und ist als Kettenreaktion bekannt. Die gespaltenen Kerne setzen eine Million Mal mehr Energie frei als durch Verbrennen eines Kohleblocks oder Explodieren eines Dynamitblocks derselben Masse. Aus diesem Grund ist die Kernenergie eine sehr leistungsfähige Energiequelle und wird für einen hohen Energiebedarf verwendet.

Diese Energiefreisetzung erfolgt schneller als bei einer chemischen Reaktion.

Wenn Neutronenspaltungen auftreten und nur ein Neutron freigesetzt wird, was eine nachfolgende Spaltung verursacht, ist die Anzahl der pro Sekunde auftretenden Spaltungen konstant und die Reaktionen können gut kontrolliert werden. Dies ist das Prinzip, nach dem sie arbeiten Kernreaktoren.

Unterschied zwischen Fusion und Spaltung

Kernfusion

Beides sind Kernreaktionen, die die im Kern eines Atoms enthaltene Energie freisetzen. Aber es gibt große Unterschiede zwischen den beiden. Die Kernspaltung ist, wie bereits erwähnt, die Trennung des schwereren Kerns in kleinere durch Kollision mit Neutronen. Bei der Kernfusion ist das Gegenteil der Fall. Es ist die leichtere Kernkombination eine größere und schwerere zu schaffen.

Zum Beispiel in der Kernspaltung, Uran 235 (es ist das einzige Isotop, das eine Kernspaltung eingehen kann und in der Natur vorkommt) bildet zusammen mit einem Neutron ein stabileres Atom, das sich schnell und gleichmäßig teiltn Barium 144 und Krypton 89plus drei Neutronen. Dies ist eine der möglichen Reaktionen, die auftreten können, wenn sich Uran mit dem Neutron verbindet.

Mit dieser Operation wirken die heute vorkommenden Kernreaktoren, die zur Erzeugung elektrischer Energie genutzt werden.

Damit eine Kernfusion stattfinden kann, müssen sich die beiden leichteren Kerne zu einem schwereren vereinigen. Dabei wird eine große Energiemenge freigesetzt. Beispielsweise finden in der Sonne kontinuierlich Kernfusionsprozesse statt, bei denen sich Atome mit geringerer Masse zu schwereren vereinigen. Die beiden leichtesten Kerne müssen positiv geladen sein und sich näher kommen, um die vorhandenen elektrostatischen Abstoßungskräfte zu überwinden. Dies erfordert eine große Menge an Temperatur und Druck. Da auf unserem Planeten kein Druck in der Sonne vorhanden ist, die notwendige Energie, die die Kerne benötigen, um zu reagieren und diese Abstoßungskräfte zu überwinden Sie werden mittels eines Teilchenbeschleunigers erreicht.

Eine der typischsten Kernfusionsreaktionen besteht aus der Kombination zweier Isotope von Wasserstoff, Deuterium und Tritium, um ein Heliumatom plus ein Neutron zu bilden. Wenn dies geschieht, gibt es in der Sonne hohe Gravitationsdrücke, denen die Wasserstoffatome ausgesetzt sind, und sie benötigen Temperaturen von 15 Millionen Grad Celsius, um zu verschmelzen. Jede Sekunde 600 Millionen Tonnen Wasserstoff verschmelzen zu Helium.

Heute Es gibt keine Reaktoren, die mit Kernfusion arbeiten, da es sehr komplex ist, diese Bedingungen wiederherzustellen. Das meiste, was zu sehen ist, ist ein experimenteller Kernfusionsreaktor namens ITER, der in Frankreich gebaut wird und der versucht festzustellen, ob dieser Energieerzeugungsprozess sowohl technologisch als auch wirtschaftlich rentabel ist, indem er Kernfusion durch magnetischen Einschluss durchführt.

Kritische Masse

Kernfusionsschema

Die kritische Masse ist die geringste Menge an spaltbarem Material Dies ist erforderlich, damit eine nukleare Kettenreaktion aufrechterhalten und Energie auf konstante Weise erzeugt werden kann.

Obwohl in jeder Kernspaltung zwischen zwei und drei Neutronen erzeugt werden, können nicht alle freigesetzten Neutronen eine weitere Spaltreaktion fortsetzen, aber einige von ihnen gehen verloren. Wenn diese durch jede Reaktion freigesetzten Neutronen mit einer höheren Geschwindigkeit verloren gehen sind in der Lage, durch Spaltung gebildet zu werden, Die Kettenreaktion wird nicht nachhaltig sein und es wird aufhören.

Daher hängt diese kritische Masse von mehreren Faktoren ab, wie den physikalischen und nuklearen Eigenschaften, der Geometrie und der Reinheit jedes Atoms.

Um einen Reaktor zu haben, in dem die wenigsten Neutronen entweichen, wird eine Kugelgeometrie benötigt, da diese die minimal mögliche Oberfläche hat Neutronenleckage wird reduziert. Wenn das Material, das wir zur Spaltung verwenden, mit einem Neutronenreflektor umgeben ist, gehen viel mehr Neutronen verloren und die erforderliche kritische Masse wird reduziert. Das spart Rohstoffe.

Spontane Kernspaltung

In diesem Fall muss ein Neutron nicht von außen absorbiert werden, aber in bestimmten Isotopen von Uran und Plutonium mit einer instabileren Atomstruktur können sie spontan gespalten werden.

Aus diesem Grund besteht bei jeder Kernspaltungsreaktion die Wahrscheinlichkeit pro Sekunde, dass ein Atom spontan spalten kann, dh ohne dass jemand eingreift. Beispielsweise, Plutonium 239 spaltet eher spontan als Uran 235.

Mit diesen Informationen hoffe ich, dass Sie etwas mehr darüber wissen, wie Kernenergie zur Stromerzeugung in Städten erzeugt wird.


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