Σίγουρα γνωρίζετε ότι ένας από τους τρόπους παραγωγής ενέργειας και ηλεκτρικής ενέργειας γίνεται μέσω της χρήσης πυρηνικής ενέργειας. Αλλά μπορεί να μην γνωρίζετε πώς λειτουργεί πραγματικά. Υπάρχουν δύο διαδικασίες σχηματισμού πυρηνικής ενέργειας: πυρηνική σχάση και πυρηνική σύντηξη.
Θέλετε να μάθετε τι είναι η πυρηνική σχάση και όλα όσα σχετίζονται με αυτήν;
Πυρηνική σχάση
Η πυρηνική σχάση είναι μια χημική αντίδραση στην οποία ο βαρύτερος πυρήνας βομβαρδίζεται με νετρόνια. Όταν συμβαίνει αυτό, γίνεται ένας πιο ασταθής πυρήνας και αποσυντίθεται σε δύο πυρήνες, των οποίων τα μεγέθη είναι παρόμοια με την ίδια τάξη μεγέθους. Σε αυτή τη διαδικασία απελευθερώνεται μεγάλη ποσότητα ενέργειας και εκπέμπονται αρκετά νετρόνια.
Όταν τα νετρόνια εκπέμπονται από τη διαίρεση του πυρήνα, είναι ικανά να προκαλέσουν άλλες σχάσεις αλληλεπιδρώντας με άλλους κοντινούς πυρήνες. Μόλις τα νετρόνια προκαλέσουν άλλες σχάσεις, τα νετρόνια που θα απελευθερωθούν από αυτά θα δημιουργήσουν ακόμη περισσότερες σχάσεις. Έτσι λοιπόν παράγεται μια μεγάλη ποσότητα ενέργειας. Αυτή η διαδικασία συμβαίνει σε ένα μικρό κλάσμα του δευτερολέπτου και είναι γνωστό ως αλυσιδωτή αντίδραση. Οι πυρήνες που έχουν σχιστεί απελευθερώνουν ένα εκατομμύριο φορές περισσότερη ενέργεια από αυτόν που επιτυγχάνεται με την καύση ενός μπλοκ άνθρακα ή την έκρηξη ενός μπλοκ δυναμίτη της ίδιας μάζας. Για το λόγο αυτό, η πυρηνική ενέργεια είναι μια πολύ ισχυρή πηγή ενέργειας και χρησιμοποιείται για υψηλές ενεργειακές απαιτήσεις.
Αυτή η απελευθέρωση ενέργειας συμβαίνει γρηγορότερα από ότι σε μια χημική αντίδραση.
Όταν εμφανίζονται σχάσεις νετρονίων και απελευθερώνεται μόνο ένα νετρόνιο προκαλώντας επακόλουθη σχάση, ο αριθμός των σχισμών που συμβαίνουν ανά δευτερόλεπτο είναι σταθερός και οι αντιδράσεις μπορούν να ελεγχθούν καλά. Αυτή είναι η αρχή με την οποία λειτουργούν πυρηνικοί αντιδραστήρες.
Διαφορά μεταξύ σύντηξης και σχάσης
Και οι δύο είναι πυρηνικές αντιδράσεις που απελευθερώνουν την ενέργεια που περιέχεται στον πυρήνα ενός ατόμου. Υπάρχουν όμως μεγάλες διαφορές μεταξύ των δύο. Η πυρηνική σχάση, όπως αναφέρθηκε, είναι ο διαχωρισμός του βαρύτερου πυρήνα σε μικρότερους, μέσω της σύγκρουσης με νετρόνια. Στην περίπτωση της πυρηνικής σύντηξης, είναι το αντίθετο. είναι ο ελαφρύτερος συνδυασμός πυρήνα για να δημιουργήσετε ένα μεγαλύτερο και βαρύτερο.
Για παράδειγμα, στην πυρηνική σχάση, ουράνιο 235 (είναι το μόνο ισότοπο που μπορεί να υποστεί πυρηνική σχάση και βρίσκεται στη φύση) συνδυάζεται με ένα νετρόνιο για να σχηματίσει ένα πιο σταθερό άτομο που διαιρείται γρήγορα καιn βάριο 144 και κρυπτό 89, συν τρία νετρόνια. Αυτή είναι μια από τις πιθανές αντιδράσεις που εμφανίζονται όταν το ουράνιο συνδυάζεται με το νετρόνιο.
Με αυτήν τη λειτουργία, οι πυρηνικοί αντιδραστήρες που βρίσκονται επί του παρόντος και που χρησιμοποιούνται για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας ενεργούν.
Για να πραγματοποιηθεί η πυρηνική σύντηξη, είναι απαραίτητο οι δύο ελαφρύτεροι πυρήνες να ενώνονται για να σχηματίσουν βαρύτερους. Σε αυτήν τη διαδικασία απελευθερώνεται μεγάλη ποσότητα ενέργειας. Για παράδειγμα, στον ήλιο εκτελούνται συνεχώς διαδικασίες πυρηνικής σύντηξης όπου άτομα με χαμηλότερη μάζα ενώνονται για να σχηματίσουν βαρύτερα. Οι δύο ελαφρύτεροι πυρήνες πρέπει να φορτιστούν θετικά και να κινηθούν πιο κοντά ο ένας στον άλλο, ξεπερνώντας τις ηλεκτροστατικές δυνάμεις απώθησης που υπάρχουν. Αυτό απαιτεί μεγάλη ποσότητα θερμοκρασίας και πίεσης. Στον πλανήτη μας, αφού δεν υπάρχει πίεση στον Ήλιο, η απαραίτητη ενέργεια που απαιτείται για να αντιδράσουν οι πυρήνες και να ξεπεραστούν αυτές οι απωθητικές δυνάμεις επιτυγχάνονται μέσω ενός επιταχυντή σωματιδίων.
Μία από τις πιο τυπικές αντιδράσεις πυρηνικής σύντηξης είναι αυτή που αποτελείται από το συνδυασμό δύο ισοτόπων υδρογόνου, δευτερίου και τριτίου, για να σχηματίσουν ένα άτομο ηλίου συν ένα νετρόνιο. Όταν συμβαίνει αυτό, στον Ήλιο υπάρχουν υψηλές βαρυτικές πιέσεις στις οποίες υφίστανται τα άτομα υδρογόνου και χρειάζονται θερμοκρασίες 15 εκατομμυρίων βαθμών Κελσίου για τήξη. Κάθε δευτερόλεπτο 600 εκατομμύρια τόνοι σύντηξης υδρογόνου για να σχηματίσουν ήλιο.
Στην εποχή μας δεν υπάρχουν αντιδραστήρες που να λειτουργούν με πυρηνική σύντηξη, επειδή είναι πολύ περίπλοκο να αναδημιουργήσουμε αυτές τις συνθήκες. Το περισσότερο που παρατηρείται είναι ένας πειραματικός αντιδραστήρας πυρηνικής σύντηξης που ονομάζεται ITER που κατασκευάζεται στη Γαλλία και προσπαθεί να προσδιορίσει εάν αυτή η διαδικασία παραγωγής ενέργειας είναι βιώσιμη τόσο τεχνολογικά όσο και οικονομικά, πραγματοποιώντας πυρηνική σύντηξη μέσω μαγνητικού περιορισμού.
Κρίσιμη μάζα
Η κρίσιμη μάζα είναι η ελάχιστη ποσότητα σχάσιμου υλικού Αυτό είναι απαραίτητο για να διατηρηθεί μια αντίδραση πυρηνικής αλυσίδας και να παραχθεί ενέργεια με συνεχή τρόπο.
Αν και σε κάθε πυρηνική σχάση παράγονται μεταξύ δύο και τριών νετρονίων, δεν είναι όλα τα νετρόνια που απελευθερώνονται ικανά να συνεχίσουν με μια άλλη αντίδραση σχάσης, αλλά μερικά από αυτά χάνονται. Εάν αυτά τα νετρόνια που απελευθερώνονται από κάθε αντίδραση χάνονται με ρυθμό μεγαλύτερο από αυτό μπορούν να σχηματιστούν με σχάση, η αλυσιδωτή αντίδραση δεν θα είναι βιώσιμη και θα σταματήσει.
Επομένως, αυτή η κρίσιμη μάζα θα εξαρτηθεί από διάφορους παράγοντες όπως οι φυσικές και πυρηνικές ιδιότητες, η γεωμετρία και η καθαρότητα κάθε ατόμου.
Για να έχει έναν αντιδραστήρα στον οποίο διαφεύγουν τα λιγότερα νετρόνια, απαιτείται μια γεωμετρία σφαίρας, καθώς έχει την ελάχιστη δυνατή επιφάνεια έτσι ώστε μειώνεται η διαρροή νετρονίων. Εάν το υλικό που χρησιμοποιούμε για σχάση το συνορεύουμε με έναν ανακλαστήρα νετρονίων, χάνονται πολλά περισσότερα νετρόνια και μειώνεται η κρίσιμη μάζα που απαιτείται. Αυτό εξοικονομεί πρώτες ύλες.
Αυθόρμητη πυρηνική σχάση
Όταν συμβεί αυτό, δεν είναι απαραίτητο να απορροφηθεί ένα νετρόνιο από το εξωτερικό, αλλά σε ορισμένα ισότοπα ουρανίου και πλουτωνίου, που έχουν μια πιο ασταθή ατομική δομή, είναι ικανά αυθόρμητης σχάσης.
Επομένως, σε κάθε αντίδραση πυρηνικής σχάσης υπάρχει η πιθανότητα ανά δευτερόλεπτο ότι ένα άτομο μπορεί να σχιστεί αυθόρμητα, δηλαδή, χωρίς να παρέμβει κανένας. Για παράδειγμα, Το πλουτώνιο 239 είναι πιο πιθανό να σχιστεί αυθόρμητα από το ουράνιο 235.
Με αυτές τις πληροφορίες ελπίζω να γνωρίζετε κάτι περισσότερο για το πώς δημιουργείται η πυρηνική ενέργεια για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας στις πόλεις.