Sigurno znate da se jedan od načina proizvodnje energije i električne energije vrši korištenjem nuklearne energije. Ali možda ne znate kako to stvarno djeluje. Postoje dva procesa stvaranja nuklearne energije: nuklearna fisija i nuklearna fuzija.
Želite li znati što je nuklearna fisija i sve što je s njom povezano?
Nuklearna riba
Nuklearna fisija je kemijska reakcija u kojoj se teža jezgra bombardira neutronima. Kad se to dogodi, ona postaje nestabilnija jezgra i razlaže se na dvije jezgre, čije su veličine slične u istom redu veličine. U ovom procesu oslobađa se velika količina energije a emitira se nekoliko neutrona.
Kada se podjelom jezgre emitiraju neutroni, oni su sposobni uzrokovati druge fisije interakcijom s drugim obližnjim jezgrama. Jednom kad neutroni uzrokuju druge fisije, neutroni koji će se osloboditi iz njih generirat će još više fisija. Dakle, kako se generira velika količina energije. Taj se proces događa u malom djeliću sekunde i poznata je kao lančana reakcija. Rascjepljene jezgre oslobađaju milijun puta više energije od one dobivene izgaranjem bloka ugljena ili eksplozijom bloka dinamita iste mase. Iz tog je razloga nuklearna energija vrlo moćan izvor energije i koristi se za visoke energetske potrebe.
Ovo se oslobađanje energije događa brže nego u kemijskoj reakciji.
Kada se pojave fisije neutrona i oslobodi samo jedan neutron koji uzrokuje naknadnu fisiju, broj fisija u sekundi je stalan i reakcije se mogu dobro kontrolirati. To je princip po kojem rade nuklearni reaktori.
Razlika između fuzije i fisije
Obje su nuklearne reakcije koje oslobađaju energiju sadržanu u jezgri atoma. Ali postoje velike razlike između njih dvoje. Nuklearna fisija, kao što je komentirano, odvajanje je teže jezgre u manje, sudarom s neutronima. U slučaju nuklearne fuzije, suprotno je. to je lakša kombinacija jezgre stvoriti veći i teži.
Na primjer, u nuklearnoj fisiji, uran 235 (jedini je izotop koji može podvrgnuti nuklearnoj fisiji i nalazi se u prirodi) kombinira se s neutronom da bi stvorio stabilniji atom koji se brzo dijeli in barij 144 i kripton 89, plus tri neutrona. Ovo je jedna od mogućih reakcija koja se dogodi kada se uran spoji s neutronom.
Ovom operacijom djeluju nuklearni reaktori koji se trenutno nalaze i koji se koriste za proizvodnju električne energije.
Da bi se dogodila nuklearna fuzija, potrebno je da se dvije lakše jezgre ujedine da bi nastale teže. U tom se procesu oslobađa velika količina energije. Na primjer, na Suncu se kontinuirano odvijaju procesi nuklearne fuzije u kojima se atomi s manjom masom ujedinjuju da bi stvorili teže. Dvije najlakše jezgre moraju biti pozitivno nabijene i približiti se jedna drugoj, prevladavajući postojeće elektrostatičke sile odbijanja. To zahtijeva veliku količinu temperature i tlaka. Na našem planetu, budući da na Suncu ne postoji pritisak, potrebna energija potrebna da bi jezgre reagirale i prevladale te odbojne sile postižu se pomoću akceleratora čestica.
Jedna od najtipičnijih reakcija nuklearne fuzije je ona koja se sastoji od kombinacije dva izotopa vodika, deuterija i tricija, da bi stvorili atom helija i neutron. Kad se to dogodi, na Suncu postoje visoki gravitacijski pritisci kojima su podvrgnuti atomi vodika i trebaju im temperature od 15 milijuna Celzijevih stupnjeva da bi se stopili. Svake sekunde 600 milijuna tona vodika stapa se u helij.
Danas nema reaktora koji rade s nuklearnom fuzijom, jer je vrlo složeno ponovno stvoriti ove uvjete. Najviše se vidi eksperimentalni nuklearni fuzijski reaktor nazvan ITER koji se gradi u Francuskoj i koji pokušava utvrditi je li ovaj proces proizvodnje energije održiv i tehnološki i ekonomski, provodeći nuklearnu fuziju magnetskim zatvaranjem.
Kritična masa
Kritična masa je najmanja količina cijepljivog materijala to je potrebno kako bi se mogla održavati nuklearna lančana reakcija i neprestano generirati energija.
Iako se u svakoj nuklearnoj fisiji stvara između dva i tri neutrona, nisu svi oslobođeni neutroni sposobni nastaviti s drugom reakcijom cijepanja, ali neki od njih su izgubljeni. Ako se ti neutroni oslobođeni u svakoj reakciji izgube brzinom većom od te mogu nastati cijepanjem, lančana reakcija neće biti održiva i prestat će.
Stoga će ta kritična masa ovisiti o nekoliko čimbenika kao što su fizička i nuklearna svojstva, geometrija i čistoća svakog atoma.
Da bi se imao reaktor u kojem izlazi najmanje neutrona, potrebna je geometrija kugle, budući da ima najmanju moguću površinu tako da istjecanje neutrona je smanjeno. Ako materijal koji koristimo za cijepanje ograničimo neutronskim reflektorom, gubi se mnogo više neutrona i smanjuje potrebna kritična masa. Ovo štedi sirovine.
Spontana nuklearna fisija
Kada se to dogodi, nije nužno da se neutron mora apsorbirati izvana, ali u određenim izotopima urana i plutonija, koji imaju nestabilniju atomsku strukturu, sposobni su za spontanu fisiju.
Prema tome, u svakoj reakciji nuklearne fisije postoji vjerojatnost u sekundi da je atom sposoban podijeliti se spontano, odnosno bez da itko intervenira. Na primjer, za plutonij 239 vjerojatnije je da se spontano cijepi od urana 235.
Uz ove informacije nadam se da znate nešto više o tome kako se stvara nuklearna energija za proizvodnju električne energije u gradovima.