Z pewnością wiesz, że jednym ze sposobów wytwarzania energii i elektryczności jest wykorzystanie energii jądrowej. Ale możesz nie wiedzieć, jak to naprawdę działa. Istnieją dwa procesy powstawania energii jądrowej: rozszczepienie jądrowe i synteza jądrowa.
Chcesz wiedzieć, czym jest rozszczepienie jądrowe i wszystko, co z nim związane?
Fizja jądrowa
Rozszczepienie jądrowe to reakcja chemiczna, w której cięższe jądro jest bombardowane neutronami. Kiedy tak się dzieje, staje się bardziej niestabilnym jądrem i rozkłada się na dwa jądra, których rozmiary są podobne w tym samym rzędzie wielkości. W tym procesie uwalniana jest duża ilość energii i kilka neutronów jest emitowanych.
Kiedy neutrony są emitowane w wyniku podziału jądra, mogą powodować inne rozszczepienia poprzez interakcję z innymi pobliskimi jądrami. Gdy neutrony spowodują inne rozszczepienia, neutrony, które zostaną z nich uwolnione, wygenerują jeszcze więcej rozszczepień. Tak więc, ponieważ generowana jest duża ilość energii. Ten proces zachodzi w ułamku sekundy i jest znana jako reakcja łańcuchowa. Jądra, które się rozszczepiły, uwalniają milion razy więcej energii niż te uzyskane przez spalenie bloku węgla lub eksplozję bloku dynamitu o tej samej masie. Z tego powodu energia jądrowa jest bardzo silnym źródłem energii i jest wykorzystywana do wysokich wymagań energetycznych.
To uwolnienie energii następuje szybciej niż w reakcji chemicznej.
Kiedy dochodzi do rozszczepień neutronów i tylko jeden neutron jest uwalniany, powodując kolejne rozszczepienie, liczba rozszczepień zachodzących na sekundę jest stała, a reakcje można dobrze kontrolować. To jest zasada, według której działają reaktor nuklearny.
Różnica między syntezą a rozszczepieniem
Obie są reakcjami jądrowymi, które uwalniają energię zawartą w jądrze atomu. Ale są między nimi duże różnice. Rozszczepienie jądra, jak już powiedziano, polega na rozdzieleniu cięższego jądra na mniejsze w wyniku zderzenia z neutronami. W przypadku syntezy jądrowej jest odwrotnie. To jest lżejsza kombinacja rdzenia stworzyć większy i cięższy.
Na przykład podczas rozszczepienia jądrowego Wiśniewska 235 (jest to jedyny izotop, który może ulec rozszczepieniu jądrowemu i występuje w naturze) łączy się z neutronem, tworząc bardziej stabilny atom, który szybko się dzieli in bar 144 i krypton 89plus trzy neutrony. Jest to jedna z możliwych reakcji, które zachodzą, gdy uran łączy się z neutronem.
Dzięki tej operacji reaktory jądrowe, które znajdują się dzisiaj i są używane do wytwarzania energii elektrycznej, działają.
Aby doszło do syntezy jądrowej, dwa lżejsze jądra muszą się zjednoczyć, tworząc jedno cięższe. W tym procesie uwalniana jest duża ilość energii. Na przykład w Słońcu nieustannie zachodzą procesy syntezy jądrowej, w których atomy o niższej masie łączą się, tworząc cięższe. Dwa najlżejsze jądra muszą być naładowane dodatnio i zbliżyć się do siebie, pokonując istniejące elektrostatyczne siły odpychania. Wymaga to dużej ilości temperatury i ciśnienia. Na naszej planecie, ponieważ nie ma ciśnienia, które istnieje w Słońcu, niezbędna energia jest potrzebna, aby jądra mogły zareagować i przezwyciężyć te odpychające siły osiąga się je za pomocą akceleratora cząstek.
Jedną z najbardziej typowych reakcji fuzji jądrowej jest ta, która polega na połączeniu dwóch izotopów wodoru, deuteru i trytu, w celu utworzenia atomu helu i neutronu. Kiedy tak się dzieje, w Słońcu panują wysokie ciśnienia grawitacyjne, którym poddawane są atomy wodoru, a ich stopienie wymaga temperatury 15 milionów stopni Celsjusza. Każda sekunda 600 milionów ton wodoru tworzy hel.
W dzisiejszych czasach nie ma reaktorów pracujących z syntezą jądrową, ponieważ odtworzenie tych warunków jest bardzo złożone. Najbardziej obserwowany jest eksperymentalny reaktor syntezy jądrowej zwany ITER, który jest budowany we Francji i który próbuje określić, czy ten proces produkcji energii jest opłacalny zarówno pod względem technologicznym, jak i ekonomicznym, przeprowadzając fuzję jądrową poprzez uwięzienie magnetyczne.
Masa Krytyczna
Masa krytyczna to najmniejsza ilość materiału rozszczepialnego jest to potrzebne, aby można było utrzymać reakcję łańcuchową jądrową i wytwarzać energię w sposób ciągły.
Chociaż w każdym rozszczepieniu jądrowym powstaje od dwóch do trzech neutronów, nie wszystkie uwolnione neutrony są w stanie kontynuować kolejną reakcję rozszczepienia, ale niektóre z nich są tracone. Jeśli te neutrony uwolnione w każdej reakcji są tracone z większą szybkością mogą być utworzone przez rozszczepienie, reakcja łańcuchowa nie będzie trwała i to się skończy.
Dlatego ta masa krytyczna będzie zależeć od kilku czynników, takich jak właściwości fizyczne i jądrowe, geometria i czystość każdego atomu.
Aby mieć reaktor, w którym ucieka najmniej neutronów, potrzebna jest geometria kuli, ponieważ ma ona minimalną możliwą powierzchnię, tak że zmniejsza się wyciek neutronów. Jeśli materiał, którego używamy do rozszczepienia, otoczymy go reflektorem neutronów, stracimy znacznie więcej neutronów, a potrzebna masa krytyczna zostanie zmniejszona. Oszczędza to surowce.
Spontaniczne rozszczepienie jądrowe
Kiedy tak się dzieje, nie jest konieczne, aby neutron był absorbowany z zewnątrz, ale w niektórych izotopach uranu i plutonu, o bardziej niestabilnej strukturze atomowej, są one zdolne do samorzutnego rozszczepienia.
Z tego powodu w każdej reakcji rozszczepienia jądrowego istnieje prawdopodobieństwo na sekundę, że atom jest zdolny do spontanicznego rozszczepienia, to znaczy bez żadnej interwencji. Na przykład, pluton 239 ma większe prawdopodobieństwo samoistnego rozszczepienia niż uran 235.
Mam nadzieję, że dzięki tym informacjom dowiesz się więcej o tym, jak powstaje energia jądrowa do wytwarzania energii elektrycznej w miastach.