מה זה ביקוע גרעיני

אתה בוודאי יודע שאחת הדרכים לייצר אנרגיה וחשמל נעשית באמצעות אנרגיה גרעינית. אבל אולי אתה לא יודע איך זה באמת עובד. ישנם שני תהליכים של יצירת אנרגיה גרעינית: ביקוע גרעיני והיתוך גרעיני.

האם אתה רוצה לדעת מה זה ביקוע גרעיני וכל מה שקשור אליו?

ראייה גרעינית

ביקוע גרעיני הוא תגובה כימית בה מופצץ הגרעין הכבד יותר בנויטרונים. כשזה קורה, הוא הופך להיות גרעין לא יציב יותר ומתפרק לשני גרעינים שגודלם דומה באותו סדר גודל. בתהליך זה כמות גדולה של אנרגיה משתחררת וכמה נויטרונים נפלטים.

כאשר נויטרונים נפלטים על ידי חלוקת הגרעין, הם מסוגלים לגרום לבקעים אחרים על ידי אינטראקציה עם גרעינים סמוכים אחרים. ברגע שהנייטרונים יגרמו לבקעים אחרים, הנייטרונים שישתחררו מהם ייצרו ביקועים רבים יותר. אז הלאה כשנוצרת כמות גדולה של אנרגיה. תהליך זה מתרחש בשבריר שנייה קטן וידוע כתגובת שרשרת. הגרעינים שנפרצו משחררים אנרגיה פי מיליון יותר מזו המתקבלת בשריפת גוש פחם או התפוצצות גוש דינמיט מאותו המסה. מסיבה זו, אנרגיה גרעינית היא מקור אנרגיה חזק מאוד ומשמש לדרישות אנרגיה גבוהות.

שחרור זה של אנרגיה מתרחש מהר יותר מאשר בתגובה כימית.

כאשר מתרחשים ביקועי נויטרונים ורק נויטרון אחד משתחרר וגורם ביקוע שלאחר מכן, מספר הביקועים המתרחשים בשנייה הוא קבוע וניתן לשלוט בתגובות היטב. זה העיקרון לפיו הם עובדים כורים גרעיניים.

ההבדל בין היתוך לביקוע

שתיהן תגובות גרעיניות המשחררות את האנרגיה הכלולה בגרעין האטום. אבל יש הבדלים גדולים בין השניים. ביקוע גרעיני, כפי שהוזכר, הוא הפרדת הגרעין הכבד יותר לקטנים יותר, דרך ההתנגשות עם נויטרונים. במקרה של היתוך גרעיני, זה ההפך. זה השילוב של ליבות קלות יותר ליצור אחד גדול וכבד יותר.

למשל בביקוע גרעיני, 235 אורניום (זהו האיזוטופ היחיד שיכול לעבור ביקוע גרעיני ושנמצא בטבע) משתלב עם נויטרון ליצירת אטום יציב יותר שמתחלק במהירות וn בריום 144 וקריפטון 89, בתוספת שלושה נויטרונים. זו אחת התגובות האפשריות המתרחשות כאשר אורניום משתלב עם הנויטרון.

עם פעולה זו פועלים הכורים הגרעיניים הנמצאים כיום ומשמשים לייצור אנרגיה חשמלית.

כדי שהתמזגות גרעינית תתקיים, יש צורך בשני הגרעינים הקלים יותר להתאחד כדי ליצור אחד כבד יותר. בתהליך זה משתחררת כמות גדולה של אנרגיה. לדוגמא, בשמש מתרחשים ללא הרף תהליכי היתוך גרעיני בהם אטומים עם מסה נמוכה יותר מתאחדים ליצירת כבדות יותר. שני הגרעינים הקלים יותר חייבים להיות טעונים באופן חיובי ולהתקרב זה לזה, ולהתגבר על כוחות הדחייה האלקטרוסטטיים הקיימים. זה דורש כמות גדולה של טמפרטורה ולחץ. בכוכב הלכת שלנו, מכיוון שאין שום לחץ שקיים בשמש, האנרגיה הדרושה הדרושה כדי שהגרעינים יגיבו וכדי להתגבר על כוחות הדחייה האלה הם מושגים באמצעות מאיץ חלקיקים.

אחת מתגובות ההיתוך הגרעיניות האופייניות ביותר היא זו המורכבת משילוב של שני איזוטופים של מימן, דאוטריום וטריטיום, ליצירת אטום הליום בתוספת נויטרון. כאשר זה קורה, בשמש ישנם לחצי כוח משיכה גבוהים אליהם נתוני המימן והם זקוקים לטמפרטורות של 15 מיליון מעלות צלזיוס כדי להתמזג. כל שנייה 600 מיליון טון מימן נתיכים ליצירת הליום.

כיום אין כורים שעובדים עם היתוך גרעיני, מכיוון שמורכב מאוד לשחזר את התנאים הללו. הכי נראה כי הוא כור היתוך גרעיני ניסיוני בשם ITER שנבנה בצרפת ושמנסה לקבוע אם תהליך ייצור אנרגיה זה בר קיימא הן מבחינה טכנולוגית והן מבחינה כלכלית, ומבצע מיזוג גרעיני באמצעות כליאה מגנטית.

מסה קריטית

המסה הקריטית היא הכמות הפחותה ביותר של חומר בקיע זה נחוץ כדי שניתן יהיה לשמור על תגובת שרשרת גרעינית ולהפיק אנרגיה בצורה קבועה.

למרות שבכל ביקוע גרעיני מיוצרים שניים לשלושה נויטרונים, לא כל הנייטרונים שמשתחררים מסוגלים להמשיך בתגובת ביקוע נוספת, אך חלקם אבודים. אם הנויטרונים הללו שמשתחררים מכל תגובה יאבדו בקצב גדול מזה מסוגלים להיווצר על ידי ביקוע, תגובת השרשרת לא תהיה ברת קיימא וזה יפסיק.

לכן, מסה קריטית זו תהיה תלויה במספר גורמים כגון התכונות הפיזיקליות והגרעיניות, הגיאומטריה וטוהר כל אטום.

כדי שיהיה כור בו הכי מעט נויטרונים בורחים, יש צורך בגיאומטיית כדור מכיוון שיש לו שטח פנים מינימלי ככל האפשר דליפת נויטרונים מופחתת. אם החומר בו אנו משתמשים לביקוע אנו מקיפים אותו עם מחזיר נויטרונים, נויטרונים רבים יותר הולכים לאיבוד והמסה הקריטית הדרושה מופחתת. זה חוסך חומרי גלם.

ביקוע גרעיני ספונטני

כשזה קורה, אין צורך שייקלט נויטרון מבחוץ, אך באיזוטופים מסוימים של אורניום ופלוטוניום, בעל מבנה אטומי יציב יותר, הם מסוגלים לביקוע ספונטני.

מסיבה זו, בכל תגובת ביקוע גרעינית קיימת ההסתברות לשנייה שאטום מסוגל לבקע באופן ספונטני, כלומר מבלי שאף אחד יתערב. לדוגמה, לפלוטוניום 239 יותר ביקוע באופן ספונטני מאשר לאורניום 235.

עם מידע זה אני מקווה שתדעו משהו נוסף על האופן שבו נוצרת אנרגיה גרעינית לייצור חשמל בערים.