Kindlasti teate, et üks energia ja elektri tootmise viisidest toimub tuumaenergia abil. Kuid te ei pruugi teada, kuidas see tegelikult töötab. Tuumaenergia moodustamisel on kaks protsessi: tuuma lõhustumine ja tuumasüntees.
Kas soovite teada, mis on tuuma lõhustumine ja kõik sellega seonduv?
Tuumafisioon
Tuuma lõhustumine on keemiline reaktsioon, mille käigus raskemat tuuma pommitatakse neutronitega. Kui see juhtub, muutub see ebastabiilsemaks tuumaks ja laguneb kaheks tuumaks, mille suurused on samas suurusjärgus sarnased. Selles protsessis vabaneb suur hulk energiat ja eraldatakse mitu neutronit.
Kui tuumade jagunemisel eralduvad neutronid, on nad teiste lähedaste tuumadega suheldes võimelised tekitama muid lõhustumisi. Kui neutronid põhjustavad muid lõhustumisi, tekitavad neist vabanevad neutronid veelgi lõhustumist. Nii edasi, kui tekib suur hulk energiat. See protsess toimub väikese sekundi murdosa jooksul ja on tuntud kui ahelreaktsioon. Lõhustunud tuumad eraldavad miljon korda rohkem energiat kui see, mis saadakse söeploki põletamisel või sama massiga dünamiidiploki plahvatamisel. Sel põhjusel on tuumaenergia väga võimas energiaallikas ja seda kasutatakse suurte energiavajaduste rahuldamiseks.
See energia vabanemine toimub kiiremini kui keemilises reaktsioonis.
Kui toimub neutronlõhestumine ja järgneva lõhustumise tõttu vabaneb ainult üks neutron, on sekundis esinevate lõhustumiste arv püsiv ja reaktsioone saab hästi kontrollida. See on põhimõte, mille järgi nad töötavad tuumareaktorid.
Sulandumise ja lõhustumise erinevus
Mõlemad on tuumareaktsioonid, mis vabastavad aatomi tuumas sisalduva energia. Kuid nende kahe vahel on suured erinevused. Tuuma lõhustumine, nagu on kommenteeritud, on raskema tuuma eraldamine väiksemateks, kokkupõrge neutronitega. Tuumasünteesi puhul on see vastupidi. see on kergem südamikukombinatsioon suurema ja raskema loomiseks.
Näiteks tuuma lõhustumisel uraan 235 (see on ainus isotoob, mis võib läbida tuuma lõhustumise ja on looduses) kombineerub neutroniga, moodustades stabiilsema aatomi, mis jaguneb kiiresti jan baarium 144 ja krüptoon 89, pluss kolm neutronit. See on üks võimalikest reaktsioonidest, mis tekivad siis, kui uraan liitub neutroniga.
Selle toimingu abil toimivad praegu leitud tuuma reaktorid, mida kasutatakse elektrienergia tootmiseks.
Tuumasünteesi toimumiseks on vaja, et kaks kergemat tuuma ühineksid, moodustades raskema. Selles protsessis vabaneb suur hulk energiat. Näiteks Päikeses toimuvad pidevalt tuumasünteesiprotsessid, milles väiksema massiga aatomid ühinevad, moodustades raskemad. Kaks kergemat tuuma peavad olema positiivselt laetud ja liikuma üksteisele lähemal, ületades olemasolevad tõukejõud. See nõuab suurt temperatuuri ja rõhku. Kuna meie Päikesel puudub rõhk, on meie planeedil vajalik energia, mis on vajalik tuumade reageerimiseks ja nende tõukejõudude ületamiseks need saavutatakse osakeste kiirendi abil.
Üks tüüpilisemaid tuumasünteesi reaktsioone on see, mis koosneb kahest vesiniku, deuteeriumi ja triitiumi isotoopist, moodustades heeliumi aatomi pluss neutron. Kui see juhtub, on päikese käes vesinikuaatomitele kõrge gravitatsioonirõhk ja nende sulandumiseks on vaja 15 miljonit kraadi Celsiuse kraadi. Iga sekund 600 miljonit tonni vesinikku sulandub heeliumi moodustamiseks.
Praegu tuumasünteesiga töötavaid reaktoreid pole, kuna nende tingimuste taastamine on väga keeruline. Kõige rohkem on näha Prantsusmaal ehitatavat eksperimentaalset tuumasünteesireaktorit nimega ITER, mis püüab kindlaks teha, kas see energiatootmisprotsess on nii tehnoloogiliselt kui ka majanduslikult elujõuline, viies läbi tuumasünteesi magnetvälja abil.
Kriitiline mass
Kriitiline mass on lõhustuvat materjali kõige vähem seda on vaja tuumahela reaktsiooni säilitamiseks ja energia pidevaks genereerimiseks.
Ehkki igas tuumalõhustumises tekib kaks kuni kolm neutronit, ei suuda kõik vabanenud neutronid jätkata uue lõhustumisreaktsiooniga, kuid osa neist on kadunud. Kui need iga reaktsiooni käigus vabanevad neutronid kaovad suurema kiirusega kui see on võimalik moodustada lõhustumisel, ahelreaktsioon ei ole jätkusuutlik ja see peatub.
Seetõttu sõltub see kriitiline mass mitmest tegurist, nagu iga aatomi füüsikalised ja tuumaomadused, geomeetria ja puhtus.
Reaktori saamiseks, kust väljub kõige vähem neutrone, on vaja kera geomeetriat, kuna selle pind on võimalikult väike. neutronite leke on vähenenud. Kui lõhustamiseks kasutatav materjal ümbritseb seda neutronreflektoriga, kaob palju rohkem neutroneid ja vajalik kriitiline mass väheneb. See säästab toorainet.
Spontaanne tuuma lõhustumine
Kui see juhtub, ei ole vajalik, et neutron peaks neelduma väljastpoolt, kuid teatud ebastabiilsema aatomi struktuuriga uraani ja plutooniumi teatud isotoopides on need võimelised iseeneslikult lõhustuma.
Sel põhjusel on igas tuumalõhustumisreaktsioonis tõenäosus sekundis, et aatom on võimeline lõhustuma spontaanselt, see tähendab, et keegi ei sekku. Näiteks, plutoonium 239 lõhustub iseenesest sagedamini kui uraan 235.
Selle teabe abil loodan, et teate midagi rohkem sellest, kuidas tuumaenergiat linnades elektri tootmiseks luuakse.