Наверняка вы знаете, что один из способов производства энергии и электричества - это использование ядерной энергии. Но вы можете не знать, как это работает на самом деле. Есть два процесса образования ядерной энергии: ядерное деление и ядерный синтез.
Вы хотите знать, что такое деление ядер и все, что с ним связано?
Ядерное деление
Ядерное деление - это химическая реакция, в которой более тяжелое ядро бомбардируется нейтронами. Когда это происходит, ядро становится более нестабильным и распадается на два ядра, размеры которых близки по порядку величины. В этом процессе выделяется большое количество энергии испускается несколько нейтронов.
Когда нейтроны испускаются при делении ядра, они способны вызывать другие деления, взаимодействуя с другими соседними ядрами. Как только нейтроны вызовут другие деления, нейтроны, которые будут выпущены из них, произведут еще больше делений. Так как вырабатывается большое количество энергии. Этот процесс происходит за малую долю секунды и называется цепной реакцией. Делящиеся ядра выделяют в миллион раз больше энергии, чем энергия, полученная при сжигании блока угля или взрыве блока динамита той же массы. По этой причине ядерная энергия является очень мощным источником энергии и используется для удовлетворения высоких энергетических потребностей.
Это высвобождение энергии происходит быстрее, чем при химической реакции.
Когда происходит нейтронное деление и высвобождается только один нейтрон, вызывая последующее деление, количество делений, происходящих в секунду, является постоянным, и реакции можно хорошо контролировать. Это принцип, по которому они работают ядерные реакторы.
Разница между синтезом и делением
Обе ядерные реакции высвобождают энергию, содержащуюся в ядре атома. Но между ними есть большие различия. Деление ядра, как уже отмечалось, представляет собой разделение более тяжелых ядер на более мелкие в результате столкновения с нейтронами. В случае ядерного синтеза все наоборот. это сочетание более легких ядер чтобы создать более крупный и тяжелый.
Например, при делении ядер уран 235 (это единственный изотоп, который может подвергаться ядерному делению и встречается в природе) соединяется с нейтроном, образуя более стабильный атом, который быстро делится иn барий 144 и криптон 89, плюс три нейтрона. Это одна из возможных реакций, которые происходят при соединении урана с нейтроном.
При этой операции действуют ядерные реакторы, которые в настоящее время обнаружены и которые используются для выработки электроэнергии.
Для ядерного синтеза необходимо, чтобы два более легких ядра объединились, чтобы сформировать более тяжелое. В этом процессе выделяется большое количество энергии. Например, на Солнце непрерывно происходят процессы ядерного синтеза, в которых атомы с меньшей массой объединяются, образуя более тяжелые. Два самых легких ядра должны быть положительно заряжены и приближаться друг к другу, преодолевая существующие электростатические силы отталкивания. Для этого требуется большое количество температуры и давления. На нашей планете, поскольку на Солнце отсутствует давление, необходимая энергия, необходимая ядрам для реакции и преодоления этих сил отталкивания. они достигаются с помощью ускорителя частиц.
Одна из наиболее типичных реакций ядерного синтеза состоит из комбинации двух изотопов водорода, дейтерия и трития, с образованием атома гелия и нейтрона. Когда это происходит, на Солнце возникает высокое гравитационное давление, которому подвергаются атомы водорода, и им требуется температура в 15 миллионов градусов по Цельсию для плавления. Каждую секунду 600 миллионов тонн водородного запала для образования гелия.
Настоящее время нет реакторов, работающих на термоядерном синтезе, поскольку воссоздать эти условия очень сложно. Самое большее, что можно увидеть, - это экспериментальный термоядерный реактор под названием ITER, который строится во Франции и пытается определить, является ли этот процесс производства энергии жизнеспособным как технологически, так и экономически, осуществляя ядерный синтез посредством магнитного удержания.
Критическая масса
Критическая масса равна наименьшее количество делящегося материала это необходимо для поддержания цепной ядерной реакции и постоянного генерирования энергии.
Хотя при каждом ядерном делении образуется от двух до трех нейтронов, не все нейтроны, которые высвобождаются, способны продолжать другую реакцию деления, но некоторые из них теряются. Если эти нейтроны, высвобождаемые каждой реакцией, теряются со скоростью, превышающей указанную могут образовываться при делении, цепная реакция не будет устойчивой и это остановится.
Следовательно, эта критическая масса будет зависеть от нескольких факторов, таких как физические и ядерные свойства, геометрия и чистота каждого атома.
Чтобы иметь реактор, в котором вылетает наименьшее количество нейтронов, необходима сферическая геометрия, поскольку она имеет минимально возможную площадь поверхности, так что утечка нейтронов снижена. Если материал, который мы используем для деления, мы окружим нейтронным отражателем, гораздо больше нейтронов будет потеряно, и необходимая критическая масса уменьшится. Это экономит сырье.
Самопроизвольное деление ядер
Когда это происходит, необязательно, чтобы нейтрон поглощался извне, но в некоторых изотопах урана и плутония, имеющих более нестабильную атомную структуру, они способны к самопроизвольному делению.
По этой причине в каждой реакции ядерного деления есть вероятность в секунду, что атом способен делиться самопроизвольно, то есть без какого-либо вмешательства. Например, плутоний-239 более склонен к спонтанному делению, чем уран-235.
Я надеюсь, что благодаря этой информации вы знаете больше о том, как атомная энергия создается для производства электроэнергии в городах.