Tenaga nuklear adalah salah satu sumber tenaga yang paling berkuasa di dunia. Secara amnya, ia digunakan dalam loji kuasa nuklear yang besar untuk menjana elektrik secara besar-besaran. Walau bagaimanapun, hanya sedikit yang mengetahui proses yang membolehkan nukleus atom diubah menjadi tenaga praktikal untuk kehidupan seharian. Secara umum, tenaga ini dijana daripada dua proses berbeza: Pembelahan nuklear y pelakuran nuklear.
Dalam artikel ini, kita akan menyelidiki proses Pembelahan nuklear, menerangkan bagaimana jenis tenaga ini dijana, apakah mekanismenya, dan bagaimana ia berbeza daripada pelakuran nuklear, antara topik utama yang lain.
Apakah pembelahan nuklear?
Pembelahan nuklear ialah sejenis tindak balas nuklear di mana nukleus atom berat berpecah kepada nukleus yang lebih ringan, membebaskan sejumlah besar tenaga dalam proses itu. Tenaga inilah yang kemudiannya diubah, terutamanya, kepada tenaga elektrik dalam kes loji nuklear.
Dalam proses ini, neutron berlanggar dengan nukleus atom yang tidak stabil, seperti uranium-235 atau plutonium-239. Dengan menangkap neutron tersebut, teras menjadi lebih tidak stabil dan terbelah, membebaskan neutron dan tenaga tambahan dalam bentuk haba dan sinaran.
Neutron tambahan ini boleh, seterusnya, mencetuskan lebih banyak tindak balas pembelahan dengan berlanggar dengan nukleus lain yang tidak stabil, mengekalkan tindakbalas berantai yang, jika tidak dikawal dengan betul, boleh membawa kepada pelepasan tenaga secara besar-besaran dengan cara yang merosakkan. Ini adalah prinsip asas yang membolehkan operasi reaktor nuklear.
Nukleus pembelahan tunggal Ia boleh menjana tenaga berjuta-juta kali lebih banyak daripada tindak balas kimia biasa, seperti pembakaran arang batu atau gas. Prestasi tenaga yang mengagumkan ini menyebabkan tenaga nuklear menjadi pilihan yang menarik untuk pengeluaran elektrik.
Tindakbalas berantai
Apabila pembelahan nuklear berlaku, beberapa neutron (biasanya antara dua dan tiga) dilepaskan. Neutron ini boleh terus berinteraksi dengan nukleus boleh pembelahan lain yang berdekatan, menyebabkan lebih banyak pembelahan dan seterusnya membebaskan lebih banyak neutron dan tenaga. Ini dipanggil tindakbalas berantai.
Untuk tindak balas berantai yang mampan, adalah perlu bahawa sekurang-kurangnya satu daripada neutron yang dikeluarkan oleh pembelahan awal menyebabkan pembelahan baru. Jika syarat ini dipenuhi, tindak balas boleh diteruskan dengan cara terkawal. Ini adalah prinsip kerja reaktor nuklear.
Salah satu cabaran besar loji tenaga nuklear ialah dapat mengawal proses ini. Terlalu banyak pembelahan berturut-turut boleh menyebabkan pelepasan tenaga secara tiba-tiba, manakala pembelahan terlalu sedikit menjadikannya mustahil untuk menjana tenaga yang mencukupi. Reaktor nuklear direka bentuk untuk mengekalkan keseimbangan ini dengan menggunakan moderator dan bar kawalan Mereka menyerap neutron apabila perlu.
Perbezaan antara pembelahan nuklear dan pelakuran
Kedua-dua pembelahan dan pelakuran membebaskan tenaga yang terkandung dalam nukleus atom, tetapi mekanisme di sebalik setiap sangat berbeza.
Dalam Pembelahan nuklear, yang nukleus berat membahagi dalam nukleus yang lebih kecil, seperti yang dinyatakan sebelum ini, manakala dalam pelakuran nuklear, prosesnya adalah terbalik: nukleus ringan, biasanya hidrogen, mereka bercantum untuk membentuk yang lebih berat, melepaskan sejumlah besar tenaga.
Contoh pembelahan:
Apabila neutron terkena atom daripada uranium-235, atom berpecah kepada dua nukleus yang lebih ringan, barium-144 dan kripton-89, melepaskan tiga neutron baharu dan sejumlah besar tenaga. Ia adalah proses yang sangat terkawal dalam loji nuklear.
Contoh gabungan:
Di Matahari, nukleus hidrogen sentiasa bersatu untuk membentuk nukleus helium, membebaskan sejumlah besar tenaga dalam bentuk cahaya dan haba. Walau bagaimanapun, syarat-syarat yang diperlukan untuk tindak balas pelakuran di Bumi amat sukar dicapai kerana keperluan untuk suhu berjuta-juta darjah dan tekanan tinggi. Walaupun penyelidikan berpuluh tahun, gabungan nuklear terkawal masih belum dicapai dengan cara yang berdaya maju secara komersial.
Jisim kritikal
La jisim kritikal Ia adalah jumlah minimum bahan mudah pecah yang diperlukan untuk tindak balas berantai yang berkekalan. Jika jisim yang digunakan kurang daripada yang kritikal, neutron yang dibebaskan dalam setiap pembelahan akan hilang sebelum menyebabkan pembelahan baru dan tindak balas akan berhenti.
Jisim kritikal bergantung kepada pelbagai faktor seperti kesucian bahan, geometrinya dan sama ada ia dikelilingi oleh bahan pemantul neutron, yang mengurangkan kerugian.
Contohnya ialah reaktor nuklear biasanya direka bentuk dalam bentuk sfera atau silinder untuk mengekalkan bilangan neutron dalam sistem selama mungkin dan memastikan pembelahan berterusan.
Pembelahan nuklear spontan
pembelahan nuklear spontan Ia adalah fenomena yang kurang biasa, tetapi penting di mana nukleus membahagi tanpa campur tangan neutron kejadian. Ini berlaku dalam isotop yang sangat tidak stabil seperti plutonium-239.
Walaupun kebarangkalian ia berlaku secara spontan adalah rendah, fenomena ini mempunyai implikasi terhadap pengurusan bahan nuklear dan keselamatan reaktor.
Pembelahan jenis ini boleh membawa kepada pancaran sinaran dan mewakili potensi bahaya jika tidak diurus dengan betul, kerana ia boleh memulakan tindak balas yang tidak diingini jika keadaan yang betul dicapai.
Inilah sebabnya keselamatan dalam loji nuklear adalah kunci untuk mengelakkan insiden dan bencana seperti yang berlaku di Chernobyl atau Fukushima.
Pembelahan nuklear terus menjadi salah satu teknologi terkemuka untuk pengeluaran tenaga di dunia, terutamanya kerana keupayaannya untuk menjana sejumlah besar tenaga elektrik dengan jejak karbon yang terhad.