Jūs noteikti zināt, ka viens no enerģijas un elektrības ražošanas veidiem tiek veikts, izmantojot kodolenerģiju. Bet jūs, iespējams, nezināt, kā tas īsti darbojas. Ir divi kodolenerģijas veidošanās procesi: kodola skaldīšana un kodolsintēze.
Vai vēlaties uzzināt, kas ir kodola skaldīšana un viss, kas ar to saistīts?
Kodolenerģija
Kodola skaldīšana ir ķīmiska reakcija, kurā smagākais kodols tiek bombardēts ar neitroniem. Kad tas notiek, tas kļūst par nestabilāku kodolu un sadalās divos kodolos, kuru izmēri ir līdzīgi tajā pašā lieluma secībā. Šajā procesā izdalās liels enerģijas daudzums un tiek izdalīti vairāki neitroni.
Kad neitronus izstaro kodola dalīšanās, tie mijiedarbojoties ar citiem tuvējiem kodoliem spēj izraisīt citas šķelšanās. Tiklīdz neitroni izraisa citas šķelšanās, no tiem izdalītie neitroni radīs vēl vairāk dalīšanās. Tā tālāk, jo tiek ģenerēts liels enerģijas daudzums. Šis process notiek nelielā sekundes daļā un ir pazīstama kā ķēdes reakcija. Atdalītie kodoli atbrīvo miljoniem reižu vairāk enerģijas nekā tā, kas iegūta, sadedzinot ogļu bloku vai eksplodējot tādas pašas masas dinamīta bloku. Šī iemesla dēļ kodolenerģija ir ļoti spēcīgs enerģijas avots un tiek izmantots augstām enerģijas vajadzībām.
Šī enerģijas izdalīšanās notiek ātrāk nekā ķīmiskā reakcijā.
Kad notiek neitronu šķelšanās un izdalās tikai viens neitrons, izraisot sekojošu dalīšanos, sekundē notiekošo skaldījumu skaits ir nemainīgs, un reakcijas var labi kontrolēt. Tas ir princips, pēc kura viņi strādā kodolreaktori.
Atšķirība starp kodolsintēzi un skaldīšanu
Abas ir kodolreakcijas, kas atbrīvo enerģiju, kas atrodas atoma kodolā. Bet starp abiem ir lielas atšķirības. Kodola skaldīšana, kā jau tika komentēts, ir smagākā kodola atdalīšana mazākos, saduroties ar neitroniem. Kodolsintēzes gadījumā ir pretēji. Tas ir gaišāku serdeņu kombinācija lai izveidotu lielāku un smagāku.
Piemēram, kodola skaldīšanas laikā urāns 235 (tas ir vienīgais izotops, kuram var šķelties kodols un kas sastopams dabā), apvienojoties ar neitronu, veidojas stabilāks atoms, kas ātri sadalās unn bārijs 144 un kriptons 89, plus trīs neitroni. Šī ir viena no iespējamām reakcijām, kas rodas, urānam apvienojoties ar neitronu.
Veicot šo darbību, darbojas pašreizējie kodolreaktori, kas tiek izmantoti elektroenerģijas ražošanai.
Lai notiktu kodolsintēze, abiem vieglākiem kodoliem ir jāapvienojas, veidojot smagāku. Šajā procesā tiek atbrīvots liels enerģijas daudzums. Piemēram, Saulē nepārtraukti notiek kodolsintēzes procesi, kuros atomi ar mazāku masu apvienojas, veidojot smagākus. Diviem vieglākiem kodoliem jābūt pozitīvi uzlādētiem un jāpārvietojas tuvāk viens otram, pārvarot pastāvošos atgrūšanas elektrostatiskos spēkus. Tam nepieciešams liels temperatūras un spiediena daudzums. Uz mūsu planētas, tā kā uz Saules nav spiediena, nepieciešamā enerģija, kas vajadzīga, lai kodoli reaģētu un pārvarētu šos atgrūšanās spēkus tie tiek sasniegti, izmantojot daļiņu paātrinātāju.
Viena no tipiskākajām kodolsintēzes reakcijām ir tā, kas sastāv no diviem ūdeņraža, deitērija un tritija izotopiem, veidojot hēlija atomu plus neitronu. Kad tas notiek, Saulē ir augsts gravitācijas spiediens, kam pakļauti ūdeņraža atomi, un to saplūšanai nepieciešama 15 miljonu grādu pēc Celsija temperatūra. Katru sekundi 600 miljoni tonnu ūdeņraža saplūst, veidojot hēliju.
Mūsdienās nav tādu reaktoru, kas strādā ar kodolsintēzi, jo šo apstākļu atjaunošana ir ļoti sarežģīta. Lielākais redzamais ir eksperimentālais kodolsintēzes reaktors ar nosaukumu ITER, kas tiek būvēts Francijā un mēģina noteikt, vai šis enerģijas ražošanas process ir tehnoloģiski un ekonomiski dzīvotspējīgs, veicot kodolsintēzi, izmantojot magnētisko izolāciju.
Kritiskā masa
Kritiskā masa ir vismazāk skaldāmo materiālu tas ir vajadzīgs, lai varētu uzturēt kodola ķēdes reakciju un nemainīgā veidā radīt enerģiju.
Kaut arī katrā kodola skaldīšanā tiek ražoti divi līdz trīs neitroni, ne visi izdalītie neitroni ir spējīgi turpināt citu dalīšanās reakciju, bet daži no tiem tiek zaudēti. Ja šie katras reakcijas izdalītie neitroni tiek zaudēti ar ātrumu, kas lielāks par to var veidoties, sadaloties, ķēdes reakcija nebūs ilgtspējīga un tas apstāsies.
Tāpēc šī kritiskā masa būs atkarīga no vairākiem faktoriem, piemēram, katra atoma fizikālajām un kodola īpašībām, ģeometrijas un tīrības.
Lai būtu tāds reaktors, kurā izplūst vismazāk neitronu, ir nepieciešama sfēras ģeometrija, jo tam ir vismazākais iespējamais virsmas laukums, lai neitronu noplūde ir samazināta. Ja materiāls, ko mēs izmantojam sadalīšanai, mēs to ierobežojam ar neitronu atstarotāju, tiek zaudēti daudz vairāk neitronu un samazinās nepieciešamā kritiskā masa. Tas ietaupa izejvielas.
Spontāna kodola dalīšanās
Kad tas notiek, nav nepieciešams absorbēt neitronu no ārpuses, bet noteiktos urāna un plutonija izotopos, kuru atomu struktūra ir nestabilitāte, tie spēj spontāni sadalīties.
Tāpēc katrā kodola skaldīšanas reakcijā sekundē ir varbūtība, ka atoms spēj spontāni sadalīties, tas ir, nevienam neiejaucoties. Piemēram, plutonijs 239 spontāni sašķeļ vairāk nekā urāns 235.
Izmantojot šo informāciju, es ceru, ka jūs zināt kaut ko vairāk par to, kā kodolenerģija tiek radīta elektroenerģijas ražošanai pilsētās.