شکافت هسته ای چیست

شبیه سازی شکافت هسته ای

مطمئناً می دانید که یکی از راه های تولید انرژی و برق استفاده از انرژی هسته ای است. اما شاید ندانید که چگونه واقعاً کار می کند. دو روند تشکیل انرژی هسته ای وجود دارد: شکافت هسته ای و همجوشی هسته ای.

آیا می خواهید بدانید که شکافت هسته ای چیست و همه چیز مربوط به آن چیست؟

انشعاب هسته ای

شکاف هسته ای اورانیوم 235

شکافت هسته ای یک واکنش شیمیایی است که در آن هسته سنگین تر با نوترون بمباران می شود. وقتی این اتفاق می افتد ، به یک هسته ناپایدار تبدیل می شود و به دو هسته تجزیه می شود ، اندازه آنها به همان اندازه از اندازه مشابه است. در این فرایند مقدار زیادی انرژی آزاد می شود و چندین نوترون ساطع می شود.

هنگامی که نوترون ها با تقسیم هسته ساطع می شوند ، با تعامل با دیگر هسته های مجاور قادر به ایجاد شکاف های دیگر می شوند. هنگامی که نوترون ها باعث شکافتهای دیگر شوند ، نوترونهایی که از آنها آزاد می شوند شکافتهای بیشتری ایجاد می کنند. بنابراین به عنوان مقدار زیادی انرژی تولید می شود. این فرایند رخ می دهد در کسری کوچک از ثانیه و به عنوان واکنش زنجیره ای شناخته می شود. هسته هایی که شکافته شده اند ، یک میلیون برابر بیشتر از انرژی حاصل از سوزاندن یک بلوک ذغال سنگ یا انفجار یک بلوک دینامیت با جرم مشابه ، انرژی آزاد می کنند. به همین دلیل ، انرژی هسته ای یک منبع انرژی بسیار قدرتمند است و برای نیازهای بالای انرژی استفاده می شود.

این آزادسازی انرژی سریعتر از واکنش شیمیایی اتفاق می افتد.

وقتی شکافتهای نوترون رخ می دهد و فقط یک نوترون آزاد می شود که باعث شکافت بعدی می شود ، تعداد شکاف های رخ داده در ثانیه ثابت است و واکنش ها می توانند به خوبی کنترل شوند. این اصلی است که آنها براساس آن کار می کنند راکتورهای هسته ای.

تفاوت بین همجوشی و شکافت

سوخت هسته ای

هر دو واکنش هسته ای هستند که انرژی موجود در هسته یک اتم را آزاد می کنند. اما تفاوت های زیادی بین این دو وجود دارد. شکافت هسته ای ، همانطور که توضیح داده شد ، جداسازی هسته سنگین تر به هسته های کوچکتر ، از طریق برخورد با نوترون ها است. در مورد همجوشی هسته ای ، عکس این است. این است ترکیب هسته سبک تر برای ایجاد یک بزرگتر و سنگین تر

به عنوان مثال ، در شکافت هسته ای ، اورانیوم 235 (این تنها ایزوتوپی است که می تواند شکافت هسته ای کند و در طبیعت یافت می شود) با یک نوترون ترکیب می شود و یک اتم پایدارتر تشکیل می دهد که به سرعت تقسیم می شود وn باریم 144 و کریپتون 89، به علاوه سه نوترون. این یکی از واکنشهای احتمالی است که هنگام ترکیب اورانیوم با نوترون رخ می دهد.

با این عملیات ، راکتورهای هسته ای که در حال حاضر یافت می شوند و برای تولید انرژی الکتریکی استفاده می شوند ، عمل می کنند.

برای اینکه همجوشی هسته ای اتفاق بیفتد ، لازم است که دو هسته سبک تر با هم متحد شوند و یک هسته سنگین تر تشکیل شود. در این فرآیند مقدار زیادی انرژی آزاد می شود. به عنوان مثال ، در خورشید فرآیندهای همجوشی هسته ای به طور مداوم در حال انجام است که در آن اتم های با جرم کمتری متحد می شوند تا اتم های سنگین تری را تشکیل دهند. دو هسته سبکتر باید بار مثبت داشته باشند و به یکدیگر نزدیک شوند و بر نیروهای دافعه الکترواستاتیک غلبه کنند. این به مقدار زیادی دما و فشار نیاز دارد. در سیاره ما ، از آنجا که هیچ فشاری در خورشید وجود ندارد ، انرژی لازم برای واکنش هسته ها و غلبه بر این نیروهای دافعه لازم است آنها با استفاده از یک شتاب دهنده ذرات بدست می آیند.

یکی از متداول ترین واکنشهای همجوشی هسته ای ، واکنشی است که از ترکیب دو ایزوتوپ هیدروژن ، دوتریم و تریتیوم تشکیل شده و یک اتم هلیوم بعلاوه یک نوترون تشکیل می دهد. وقتی این اتفاق می افتد ، در خورشید فشارهای گرانشی زیادی وجود دارد که اتم های هیدروژن تحت فشار قرار می گیرند و برای ذوب شدن آنها به دمای 15 میلیون درجه سانتیگراد نیاز دارند. در هر ثانیه 600 میلیون تن هیدروژن به صورت هلیوم فیوز می شود.

امروزه هیچ راکوری وجود ندارد که با همجوشی هسته ای کار کند، از آنجا که ایجاد مجدد این شرایط بسیار پیچیده است. بیشترین چیزی که دیده می شود یک راکتور همجوشی هسته ای آزمایشی به نام ITER است که در فرانسه در حال ساخت است و سعی می کند تعیین کند که آیا این فرایند تولید انرژی از نظر فنی و اقتصادی قابل انجام است ، یا از طریق سلول مغناطیسی همجوشی هسته ای انجام می دهد.

جرم بحرانی

طرح همجوشی هسته ای

جرم بحرانی است کمترین مقدار مواد شکاف پذیر این مورد نیاز است تا بتوان واکنش زنجیره ای هسته ای را حفظ کرد و به روش ثابت انرژی تولید کرد.

اگرچه در هر شکاف هسته ای بین دو تا سه نوترون تولید می شود ، اما همه نوترون های آزاد شده قادر به ادامه یک واکنش شکافت دیگر نیستند ، اما برخی از آنها از بین می روند. اگر این نوترون های آزاد شده توسط هر واکنش با سرعتی بیشتر از آن از بین بروند قادر به ایجاد شکاف هستند ، واکنش زنجیره ای پایدار نخواهد بود و متوقف خواهد شد

بنابراین ، این جرم بحرانی به عوامل مختلفی از جمله خصوصیات فیزیکی و هسته ای ، هندسه و خلوص هر اتم بستگی خواهد داشت.

برای داشتن یک راکتور که در آن حداقل نوترون ها فرار کنند ، یک هندسه کره مورد نیاز است ، زیرا حداقل سطح ممکن را دارد به طوری که نشت نوترون کاهش می یابد. اگر ماده ای که برای شکافتن استفاده می کنیم آن را با یک بازتابنده نوترونی هم مرز کنیم ، تعداد بیشتری نوترون از دست می رود و جرم بحرانی مورد نیاز کاهش می یابد. این باعث صرفه جویی در مواد اولیه می شود.

شکافت هسته ای خود به خودی

هنگامی که این اتفاق می افتد ، لازم نیست که یک نوترون از خارج جذب شود ، اما در برخی از ایزوتوپ های اورانیوم و پلوتونیوم ، با داشتن ساختار اتمی ناپایدار تر ، آنها قادر به شکافت خود به خودی هستند.

بنابراین ، در هر واکنش شکافت هسته ای این احتمال وجود دارد که در هر ثانیه یک اتم به صورت خود به خود شکافت شود ، یعنی بدون اینکه شخصی دخالت کند. مثلا، پلوتونیوم 239 نسبت به اورانیوم 235 احتمالاً خودبه خود شکافت می شود.

با این اطلاعات امیدوارم که شما اطلاعات بیشتری در مورد چگونگی ایجاد انرژی هسته ای برای تولید برق در شهرها داشته باشید.


محتوای مقاله به اصول ما پیوست اخلاق تحریریه. برای گزارش یک خطا کلیک کنید اینجا.

اولین کسی باشید که نظر

نظر خود را بگذارید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد.

*

*

  1. مسئول داده ها: میگل آنخل گاتون
  2. هدف از داده ها: کنترل هرزنامه ، مدیریت نظرات.
  3. مشروعیت: رضایت شما
  4. ارتباط داده ها: داده ها به اشخاص ثالث منتقل نمی شوند مگر با تعهد قانونی.
  5. ذخیره سازی داده ها: پایگاه داده به میزبانی شبکه های Occentus (EU)
  6. حقوق: در هر زمان می توانید اطلاعات خود را محدود ، بازیابی و حذف کنید.