Hvað er kjarnaklofnun

Þú veist örugglega að ein af leiðunum til að framleiða orku og rafmagn er gerð með notkun kjarnorku. En þú veist kannski ekki hvernig það virkar í raun. Það eru tvö ferli við myndun kjarnorku: kjarnaklofnun og kjarnasamruna.

Viltu vita hvað kjarnaklofnun er og allt sem henni tengist?

Kjarnorkusjón

Kjarnaskipting er efnahvörf þar sem þyngri kjarninn er sprengdur með nifteindum. Þegar þetta gerist verður hann óstöðugri kjarni og brotnar niður í tvo kjarna sem hafa stærðir svipaðar í sömu stærðargráðu. Í þessu ferli mikið magn af orku losnar og nokkrar nifteindir eru gefnar út.

Þegar nifteindir eru gefnar út með skiptingu kjarnans geta þær valdið öðrum klofningum með samskiptum við aðra nálæga kjarna. Þegar nifteindirnar valda öðrum klofningum munu nifteindirnar sem losna úr þeim mynda enn meiri klofninga. Svo áfram þar sem mikið magn af orku verður til. Þetta ferli á sér stað á litlu broti úr sekúndu og er þekkt sem keðjuverkun. Kjarnarnir sem hafa klofnað losa milljón sinnum meiri orku en fæst með því að brenna kolakubb eða springa blokk af dínamíti af sömu massa. Af þessum sökum er kjarnorka mjög öflugur orkugjafi og notaður til mikilla orkuþarfa.

Þessi losun orku á sér stað hraðar en í efnahvörfum.

Þegar nifteindaklofnun á sér stað og aðeins eitt nifteind losnar og veldur klofningu í kjölfarið er fjöldi klofninga sem á sér stað á sekúndu stöðugur og hægt er að stjórna viðbrögðunum vel. Þetta er meginreglan sem þeir vinna eftir kjarnaofnar.

Mismunur á samruna og klofnun

Bæði eru kjarnahvörf sem losa orkuna sem er í kjarna atóms. En það er mikill munur á þessu tvennu. Eins og fram hefur komið er kjarnaklofnun aðskilnaður þyngri kjarnans í smærri, í gegnum áreksturinn við nifteindir. Þegar um kjarnasamruna er að ræða er það hið gagnstæða. Það er samsetningin af léttari kjarna að búa til stærri og þyngri.

Til dæmis í kjarnaklofnun, 235 (það er eina samsætan sem getur farið í kjarnaklofnun og finnst í náttúrunni) sameinast nifteind til að mynda stöðugra atóm sem deilist hratt ogn barium 144 og krypton 89, auk þriggja nifteinda. Þetta er ein möguleg viðbrögð sem eiga sér stað þegar úran sameinast nifteindinni.

Með þessari aðgerð starfa kjarnakljúfar sem nú er að finna og eru notaðir til framleiðslu raforku.

Til að kjarnasamruni eigi sér stað er nauðsynlegt að léttari kjarnarnir tveir sameinist og myndi þyngri. Í þessu ferli losnar mikið magn af orku. Til dæmis eiga sér stað kjarnasamrunaferli stöðugt þar sem atóm með lægri massa sameinast og mynda þyngri. Tveir léttari kjarnar verða að vera jákvætt hlaðnir og færast nær hver öðrum til að sigrast á rafstöðukrafti fráhrindunar sem er til staðar. Til þess þarf mikið hitastig og þrýsting. Þar sem enginn sólarþrýstingur er á jörðinni er nauðsynleg orka sem þarf til að kjarnarnir bregðist við og sigri á þessum fráhrindandi öflum þeim er náð með agnahröðun.

Ein dæmigerðasta kjarnasamrunahvörf er sú sem samanstendur af samsetningu tveggja samsæta af vetni, deuterium og tritium, til að mynda helíumatóm auk nifteind. Þegar þetta gerist eru í sólinni mikill þyngdarþrýstingur sem vetnisatómin eru undir og þeir þurfa 15 milljón gráður á Celsíus til að sameinast. Hver sekúnda 600 milljónir tonna af vetni sameina til að mynda helíum.

Nú á dögum það eru engir kjarnaofnar sem vinna með kjarnasamruna, þar sem það er mjög flókið að endurskapa þessar aðstæður. Það sem mest er að sjá er tilrauna kjarnasamrunaofn sem kallast ITER og er verið að smíða í Frakklandi og reynir að ákvarða hvort þetta orkuframleiðsluferli sé hagkvæmt bæði tæknilega og efnahagslega og framkvæmir kjarnasamruna með segulmengun.

Gagnrýnin messa

Gagnrýninn massi er minnsta magn af sundrandi efni það er nauðsynlegt svo hægt sé að viðhalda kjarnorkuhvarfinu og mynda orku á stöðugan hátt.

Þrátt fyrir að í hverri kjarnaklofnun milli tveggja og þriggja nifteinda séu framleidd eru ekki öll nifteindirnar sem sleppt eru fær um að geta haldið áfram með önnur klofningsviðbrögð en sumar þeirra týnast. Ef þessi nifteindir sem hver viðbrögð losa sig við tapast með meiri hraða en það geta myndast við klofningu, keðjuverkunin verður ekki sjálfbær og það mun hætta.

Þess vegna mun þessi mikilvægi massi ráðast af nokkrum þáttum eins og eðlisfræðilegum og kjarnareiginleikum, rúmfræði og hreinleika hvers atóms.

Til að hafa kjarnaofn þar sem minnstu nifteindir sleppa þarf kúlerúmfræði þar sem hann hefur lágmarks mögulegt yfirborðsflatarmál þannig að nifteindaleki minnkar. Ef efnið sem við notum til að kljúfa jaðrar við það við nifteindavísi, tapast miklu fleiri nifteindir og dregur úr mikilvægum massa sem þarf. Þetta sparar hráefni.

Sjálfsprottin kjarnaklofnun

Þegar þetta gerist er ekki nauðsynlegt að nifteind þurfi að frásogast að utan, en í ákveðnum samsætum úrans og plútóníum, með óstöðugri lotukerfisuppbyggingu, eru þeir færir um skyndilegan klofning.

Þess vegna eru líkurnar á sekúndu í hverri kjarnaklofnunarviðbrögð að atóm geti klofnað af sjálfu sér, það er án þess að nokkur komi að því. Til dæmis, plúton 239 er líklegri til að rifna sjálfkrafa en úran 235.

Með þessum upplýsingum vona ég að þú vitir eitthvað meira um hvernig kjarnorka verður til fyrir raforkuframleiðslu í borgum.