Сигурно знате да се један од начина производње енергије и електричне енергије врши коришћењем нуклеарне енергије. Али можда не знате како то заиста функционише. Постоје два процеса стварања нуклеарне енергије: нуклеарна фисија и нуклеарна фузија.
Да ли желите да знате шта је нуклеарна фисија и све што је с њом повезано?
Нуклеарна фисија
Нуклеарна фисија је хемијска реакција у којој се теже језгро бомбардише неутронима. Када се то догоди, оно постаје нестабилније језгро и разлаже се на два језгра, чије су величине сличне у истом реду величине. У овом процесу ослобађа се велика количина енергије а емитује се неколико неутрона.
Када се дељењем језгра емитују неутрони, они су способни да изазову друге фисије интеракцијом са другим оближњим језгрима. Једном када неутрони изазову друге фисије, неутрони који ће се ослободити из њих створиће још више фисија. Дакле, како се генерише велика количина енергије. Овај процес се дешава у малом делићу секунде и позната је као ланчана реакција. Расцепљена језгра ослобађају милион пута више енергије од оне добијене сагоревањем блока угља или експлозијом блока динамита исте масе. Из тог разлога, нуклеарна енергија је веома моћан извор енергије и користи се за високе енергетске потребе.
Ово ослобађање енергије се дешава брже него у хемијској реакцији.
Када се појаве фисије неутрона и ослободи се само један неутрон који узрокује накнадну фисију, број фисија које се јављају у секунди је константан и реакције се могу добро контролисати. То је принцип по коме они раде нуклеарни реактори.
Разлика између фузије и фисије
Обе су нуклеарне реакције које ослобађају енергију садржану у језгру атома. Али постоје велике разлике између њих двоје. Нуклеарна фисија је, како је коментарисано, раздвајање тежег језгра на мања, сударом са неутронима. У случају нуклеарне фузије, супротно је. То је лакша комбинација језгра да створи већи и тежи.
На пример, у нуклеарној фисији, уранијум 235 (једини је изотоп који може подвргнути нуклеарној фисији и налази се у природи) комбинује се са неутроном да би створио стабилнији атом који се брзо дели ин баријум 144 и криптон 89, плус три неутрона. Ово је једна од могућих реакција која се дешава када се ураниј комбинује са неутроном.
Овом операцијом делују нуклеарни реактори који се тренутно налазе и који се користе за производњу електричне енергије.
Да би се догодила нуклеарна фузија, неопходно је да се два лакша језгра уједине и формирају теже. У овом процесу се ослобађа велика количина енергије. На пример, на Сунцу се континуирано одвијају процеси нуклеарне фузије у којима се атоми са мањом масом уједињују да би створили теже. Два лакша језгра морају бити позитивно наелектрисана и приближити се једно другом превазилазећи електростатичке силе одбијања које постоје. То захтева велику количину температуре и притиска. На нашој планети, будући да на Сунцу нема притиска, потребна енергија потребна језгру да реагује и превазиђе ове одбојне силе постижу се помоћу акцелератора честица.
Једна од најтипичнијих реакција нуклеарне фузије је она која се састоји од комбинације два изотопа водоника, деутерија и трицијума, да би се створио атом хелијума и неутрон. Када се то догоди, на Сунцу постоје високи гравитациони притисци којима су подвргнути атоми водоника и требају им температуре од 15 милиона степени Целзијуса да би се стопили. Сваки други 600 милиона тона водоника се стапа да би се формирао хелијум.
Данас нема реактора који раде са нуклеарном фузијом, јер је врло сложено поновно створити ове услове. Највише се види експериментални нуклеарни фузиони реактор назван ИТЕР који се гради у Француској и који покушава да утврди да ли је овај процес производње енергије одржив и технолошки и економски, спроводећи нуклеарну фузију магнетним затварањем.
Критична маса
Критична маса је најмања количина цепљивог материјала то је потребно како би се могла одржавати нуклеарна ланчана реакција и константно генерирати енергија.
Иако се у свакој нуклеарној фисији производи између два и три неутрона, нису сви ослобођени неутрони способни да наставе са другом реакцијом фисије, али неки од њих се изгубе. Ако се ови неутрони ослобођени у свакој реакцији изгубе брзином већом од те могу настати цепањем, ланчана реакција неће бити одржива и престаће.
Стога ће ова критична маса зависити од неколико фактора као што су физичка и нуклеарна својства, геометрија и чистоћа сваког атома.
Да би се имао реактор у који излази најмање неутрона, потребна је геометрија сфере, јер има најмању могућу површину тако да цурење неутрона је смањено. Ако материјал који користимо за цепање ограничимо неутронским рефлектором, губи се много више неутрона и смањује критична маса која је потребна. Ово штеди сировине.
Спонтана нуклеарна фисија
Када се то догоди, није неопходно да се неутрон мора апсорбовати споља, али у одређеним изотопима уранијума и плутонијума, који имају нестабилнију атомску структуру, способни су за спонтану фисију.
Према томе, у свакој реакцији нуклеарне фисије постоји вероватноћа у секунди да је атом способан да се спонтано цепи, то јест, а да нико не интервенише. На пример, вероватније је да ће плутониј 239 спонтано цепати него уран 235.
Уз ове информације надам се да знате нешто више о томе како се ствара нуклеарна енергија за производњу електричне енергије у градовима.