Bizonyára tudja, hogy az energia- és villamosenergia-termelés egyik módja az atomenergia felhasználása. De lehet, hogy nem tudja, hogyan is működik valójában. Az atomenergia-képződésnek két folyamata van: maghasadás és magfúzió.
Szeretné tudni, mi is az a maghasadás és minden, ami ehhez kapcsolódik?
Nukleáris fúzió
A maghasadás olyan kémiai reakció, amelynek során a nehezebb magot neutronokkal bombázzák. Amikor ez megtörténik, instabilabb magzá válik, és két magra bomlik, amelyek méretei azonos nagyságrendben hasonlóak. Ebben a folyamatban nagy mennyiségű energia szabadul fel és több neutron bocsát ki.
Amikor a neutronokat a mag megosztása bocsátja ki, akkor képesek más hasadásokat okozni más közeli magokkal kölcsönhatásban. Amint a neutronok más hasadásokat okoznak, a belőlük felszabaduló neutronok még több hasadást generálnak. Tehát tovább, mivel nagy mennyiségű energia keletkezik. Ez a folyamat bekövetkezik másodperc töredéke alatt, és láncreakciónak nevezik. A hasadó magok milliószor több energiát szabadítanak fel, mint egy széntömb elégetésével vagy azonos tömegű dinamittömb felrobbantásával. Ezért az atomenergia nagyon erőteljes energiaforrás, amelyet magas energiaigényhez használnak fel.
Ez az energia felszabadulás gyorsabban megy végbe, mint egy kémiai reakcióban.
Ha neutronhasadás lép fel, és csak egy neutron szabadul fel, ami későbbi hasadást okoz, a másodpercenként bekövetkező hasadások száma állandó, és a reakciók jól irányíthatók. Ez az az elv, amely alapján működnek atomreaktorok.
A fúzió és a hasadás közötti különbség
Mindkettő olyan nukleáris reakció, amely felszabadítja az atom magjában lévő energiát. De nagy különbségek vannak a kettő között. A maghasadás, amint azt már megjegyeztük, a nehezebb mag kisebbekre történő szétválasztása a neutronokkal való ütközés révén. A magfúzió esetében éppen ellenkezőleg. Ez a könnyebb magkombináció hogy létrehozzon egy nagyobbat és nehezebbet.
Például a maghasadás során urán 235 (ez az egyetlen izotóp, amely maghasadáson megy keresztül, és amely megtalálható a természetben) egy neutronnal kombinálva stabilabb atomot képez, amely gyorsan osztódik ésn bárium 144 és kripton 89, plusz három neutron. Ez az egyik lehetséges reakció, amely akkor fordul elő, amikor az urán összekapcsolódik a neutronnal.
Ezzel a művelettel a jelenleg megtalálható és az elektromos energia előállítására használt atomreaktorok hatnak.
A magfúzió megvalósulásához szükséges, hogy a két könnyebb mag egyesüljön, hogy egy nehezebbet alkosson. Ebben a folyamatban nagy mennyiségű energia szabadul fel. Például a Napban folyamatosan zajlanak a magfúziós folyamatok, amelyekben a kisebb tömegű atomok egyesülve nehezebbeket alkotnak. A két könnyebb magnak pozitív töltésűnek kell lennie, és közelebb kell mozognia egymáshoz, felülkerekedve a létező taszító elektrosztatikus erőkön. Ehhez nagy mennyiségű hőmérséklet és nyomás szükséges. Bolygónkon, mivel nincs nyomás a Napban, a szükséges energia szükséges ahhoz, hogy a magok reagáljanak és legyőzzék ezeket az taszító erőket részecskegyorsítóval érik el.
Az egyik legjellemzőbb magfúziós reakció az a reakció, amely két hidrogén, deutérium és trícium izotóp kombinációjából áll, és így héliumatomot és neutronot alkot. Amikor ez megtörténik, a Napon nagy a gravitációs nyomás, amelynek a hidrogénatomok vannak kitéve, és az olvadáshoz 15 millió Celsius-fokos hőmérsékletre van szükségük. Minden másodperc 600 millió tonna hidrogén olvad össze héliumot képezve.
Manapság nincsenek olyan reaktorok, amelyek a magfúzióval működnének, mivel ezeknek a feltételeknek a visszaállítása nagyon bonyolult. A legtöbbet egy Franciaországban épülő, ITER nevű kísérleti magfúziós reaktor látja, amely megpróbálja meghatározni, hogy ez az energiatermelési folyamat életképes-e technológiailag és gazdaságilag is.
Kritikus tömeg
A kritikus tömeg az a legkevesebb hasadó anyag amire szükség van egy nukleáris láncreakció fenntartásához és az energia állandó módon történő előállításához.
Bár minden egyes maghasadásban két és három neutron keletkezik, a felszabaduló neutronok nem mindegyike képes újabb hasadási reakció folytatására, de ezek egy része elvész. Ha ezek az egyes reakciók által felszabaduló neutronok ennél nagyobb sebességgel vesznek el hasadással képesek kialakulni, a láncreakció nem lesz fenntartható és leáll.
Ezért ez a kritikus tömeg számos tényezőtől függ, például az egyes atomok fizikai és nukleáris tulajdonságaitól, geometriájától és tisztaságától.
Ha olyan reaktor van, amelyben a legkevesebb neutron távozik, gömbgeometriára van szükség, mivel a lehető legkisebb felülettel rendelkezik, hogy a neutronszivárgás csökken. Ha a hasadáshoz használt anyagot körülvesszük egy neutron reflektorral, sokkal több neutron veszít el, és csökken a szükséges kritikus tömeg. Ez megtakarítja az alapanyagokat.
Spontán maghasadás
Amikor ez megtörténik, nem szükséges, hogy a neutron kívülről felszívódjon, de az instabilabb atomszerkezetű urán és plutónium bizonyos izotópjaiban képesek spontán hasadásra.
Emiatt minden egyes maghasadási reakcióban másodpercenként valószínű, hogy egy atom képes spontán hasadni, vagyis anélkül, hogy bárki beavatkozna. Például, a plutónium 239 spontán hasadásra valószínűbb, mint az urán 235.
Ezekkel az információkkal remélem, hogy tud még valamit arról, hogy miként jön létre az atomenergia a városok villamosenergia-termeléséhez.