Tiedät varmasti, että yksi tapa tuottaa energiaa ja sähköä tapahtuu ydinenergian avulla. Mutta et ehkä tiedä, miten se todella toimii. Ydinenergian muodostumisessa on kaksi prosessia: ydinfissio ja ydinfuusio.
Haluatko tietää, mikä on ydinfissio ja kaikki siihen liittyvä?
Ydinfissio
Ydinfissio on kemiallinen reaktio, jossa raskaampaa ydintä pommitetaan neutronilla. Kun näin tapahtuu, siitä tulee epävakaampi ydin ja hajoaa kahdeksi ytimeksi, joiden koot ovat samanlaiset samassa suuruusjärjestyksessä. Tässä prosessissa vapautuu suuri määrä energiaa ja useita neutroneja vapautuu.
Kun neutronit emittoituvat ytimen jakautumisen kautta, ne pystyvät aiheuttamaan muita fissioita vuorovaikutuksessa muiden lähellä olevien ytimien kanssa. Kun neutronit aiheuttavat muita fissioita, niistä vapautuvat neutronit tuottavat vielä enemmän fissioita. Joten edelleen, kun syntyy suuri määrä energiaa. Tämä prosessi tapahtuu pienessä sekunnin murto-osassa ja se tunnetaan ketjureaktiona. Hajonnut ytimet vapauttavat miljoona kertaa enemmän energiaa kuin se, joka saadaan polttamalla hiililohko tai räjähtämällä saman massan dynamiittilohko. Tästä syystä ydinenergia on erittäin voimakas energialähde ja sitä käytetään korkeisiin energiantarpeisiin.
Tämä energian vapautuminen tapahtuu nopeammin kuin kemiallisessa reaktiossa.
Kun tapahtuu neutronifissioita ja vain yksi neutroni vapautuu aiheuttaen seuraavan fissio, sekunnissa esiintyvien fissioiden määrä on vakio ja reaktioita voidaan hallita hyvin. Tämän periaatteen mukaan he työskentelevät ydinreaktorit.
Fuusion ja fissioiden ero
Molemmat ovat ydinreaktioita, jotka vapauttavat atomin ytimessä olevan energian. Mutta näiden kahden välillä on suuria eroja. Ydinfissio, kuten on kommentoitu, on raskaamman ytimen erottaminen pienemmiksi törmäyksellä neutronien kanssa. Ydinfuusion tapauksessa se on päinvastoin. se on kevyempien ytimien yhdistelmä luoda isompi ja painavampi.
Esimerkiksi ydinfissiossa uraani 235 (se on ainoa isotooppi, joka voi mennä fissiossa ja löytyy luonnosta) yhdistyy neutronin kanssa muodostaen vakaamman atomin, joka jakautuu nopeasti jan barium 144 ja krypton 89, plus kolme neutronia. Tämä on yksi mahdollisista reaktioista, joita tapahtuu, kun uraani yhdistyy neutroniin.
Tällä toiminnalla toimivat tällä hetkellä löydetyt ydinreaktorit, joita käytetään sähköenergian tuottamiseen.
Ydinfuusion tapahtu- miseksi on välttämätöntä, että kaksi kevyempää ydintä yhdistyvät muodostaen painavamman. Tässä prosessissa vapautuu suuri määrä energiaa. Esimerkiksi Auringossa tapahtuu jatkuvasti ydinfuusioprosesseja, joissa pienemmän massan atomit yhdistyvät muodostamaan raskaampia. Kahden kevyimmän ytimen on oltava positiivisesti varautuneita ja siirryttävä lähemmäksi toisiaan, ylittäen olemassa olevat sähköstaattiset hylkimisvoimat. Tämä vaatii paljon lämpötilaa ja painetta. Planeetallamme, koska Auringossa ei ole painetta, tarvitaan tarvittavaa energiaa, jotta ytimet reagoivat ja voittavat nämä vastenmieliset voimat ne saavutetaan hiukkaskiihdyttimellä.
Yksi tyypillisimmistä ydinfuusioreaktioista on se, joka koostuu kahden vedyn isotoopin, deuteriumin ja tritiumin yhdistelmästä, jolloin muodostuu heliumiatomi ja neutroni. Kun näin tapahtuu, auringossa on suuria painovoimia, joille vetyatomit altistuvat, ja ne tarvitsevat 15 miljoonan celsiusasteen lämpötilat sulautumiseen. Joka sekunti 600 miljoonaa tonnia vetyä sulautuu heliumin muodostamiseksi.
Nykyään ei ole ydinfuusion kanssa toimivia reaktoreita, koska näiden olosuhteiden luominen on hyvin monimutkaista. Suurin osa nähdään on kokeellinen ITER-niminen ydinfuusioreaktori, jota rakennetaan Ranskassa ja joka yrittää selvittää, onko tämä energiantuotantoprosessi elinkelpoinen sekä teknisesti että taloudellisesti.
Kriittinen massa
Kriittinen massa on vähiten halkeamiskelpoista materiaalia sitä tarvitaan ydinketjureaktion ylläpitämiseksi ja energian tuottamiseksi jatkuvasti.
Vaikka jokaisessa ydinfissiossa syntyy kaksi ja kolme neutronia, kaikki vapautuneet neutronit eivät kykene jatkamaan toista fissioreaktiota, mutta osa niistä menetetään. Jos nämä jokaisen reaktion aikana vapautuneet neutronit menetetään suuremmalla nopeudella voivat muodostua fissiolla, ketjureaktio ei ole kestävä ja se loppuu.
Siksi tämä kriittinen massa riippuu useista tekijöistä, kuten kunkin atomin fysikaalisista ja ydinominaisuuksista, geometriasta ja puhtaudesta.
Jotta reaktori saisi vähiten neutroneja, tarvitaan pallogeometria, koska sillä on mahdollisimman pieni pinta-ala, jotta neutronivuoto vähenee. Jos materiaali, jota käytämme fissiointiin, ympäröimme sen neutroniheijastimella, menetetään paljon enemmän neutroneja ja tarvittava kriittinen massa pienenee. Tämä säästää raaka-aineita.
Spontaani ydinfissio
Kun näin tapahtuu, ei ole välttämätöntä, että neutroni absorboituu ulkopuolelta, mutta tietyissä uraanin ja plutoniumin isotoopeissa, joilla on epävakaampi atomirakenne, ne pystyvät spontaanisti hajoamaan.
Tästä syystä jokaisessa ydinfissioreaktiossa on todennäköisyys sekunnissa, että atomi pystyy pilkkomaan spontaanisti, toisin sanoen kenenkään puuttumatta. Esimerkiksi, plutonium 239 hajoaa todennäköisemmin spontaanisti kuin uraani 235.
Toivon näiden tietojen avulla, että tiedät jotain enemmän siitä, miten ydinenergia syntyy kaupunkien sähköntuotantoon.