Visst vet du att ett av sätten att producera energi och elektricitet sker genom användning av kärnenergi. Men du kanske inte vet hur det verkligen fungerar. Det finns två processer för kärnenergibildning: kärnklyvning och kärnkraftsfusion.
Vill du veta vad kärnklyvning är och allt som har med det att göra?
Kärnfision
Kärnklyvning är en kemisk reaktion där den tyngre kärnan bombarderas med neutroner. När detta händer blir det en mer instabil kärna och sönderdelas i två kärnor, vars storlekar är lika i samma storleksordning. I denna process stor mängd energi släpps ut och flera neutroner släpps ut.
När neutroner släpps ut genom kärnans uppdelning kan de orsaka andra fissioner genom att interagera med andra närliggande kärnor. När neutronerna orsakar andra klyvningar kommer neutronerna som kommer att frigöras från dem att generera ännu fler klyvningar. Så vidare som en stor mängd energi genereras. Denna process inträffar i en liten bråkdel av en sekund och är känd som en kedjereaktion. Kärnorna som har klyvt frigör en miljon gånger mer energi än den som erhålls genom att bränna ett kolblock eller explodera ett block av dynamit med samma massa. Av denna anledning är kärnenergi en mycket kraftfull energikälla och används för höga energibehov.
Denna frigöring av energi sker snabbare än i en kemisk reaktion.
När neutronfissioner uppträder och endast en neutron frigörs och orsakar en efterföljande fission, är antalet fissioner som förekommer per sekund konstant och reaktionerna kan kontrolleras väl. Detta är den princip som de arbetar med kärnreaktorer.
Skillnad mellan fusion och fission
Båda är kärnreaktioner som frigör den energi som finns i en atoms kärna. Men det finns stora skillnader mellan de två. Kärnklyvning, som har kommenterats, är separationen av den tyngre kärnan i mindre genom kollisionen med neutroner. När det gäller kärnfusion är det tvärtom. Det är den lättare kärnkombinationen för att skapa en större och tyngre.
Till exempel i kärnklyvning, uran 235 (det är den enda isotopen som kan genomgå kärnklyvning och finns i naturen) kombineras med en neutron för att bilda en mer stabil atom som delar sig snabbt ochn barium 144 och krypton 89plus tre neutroner. Detta är en av de möjliga reaktionerna som uppstår när uran kombineras med neutronen.
Med denna operation verkar de kärnreaktorer som för närvarande finns och som används för alstring av elektrisk energi.
För att kärnfusion ska äga rum är det nödvändigt att de två lättare kärnorna förenas för att bilda en tyngre. I denna process frigörs en stor mängd energi. Till exempel pågår kärnfusionsprocesser kontinuerligt i solen där atomer med en lägre massa förenas för att bilda tyngre. De två lättaste kärnorna måste vara positivt laddade och närma sig varandra och övervinna de elektrostatiska avstötningskrafterna som finns. Detta kräver en stor mängd temperatur och tryck. Eftersom det inte finns något tryck i solen, krävs den energi som behövs för att kärnorna ska reagera och för att övervinna dessa motbjudande krafter. de uppnås med hjälp av en partikelaccelerator.
En av de mest typiska kärnfusionsreaktionerna är den som består av kombinationen av två isotoper av väte, deuterium och tritium för att bilda en heliumatom plus en neutron. När detta händer finns det stora gravitationstryck i solen som väteatomerna utsätts för och de behöver temperaturer på 15 miljoner grader Celsius för att smälta. Varje sekund 600 miljoner ton väte smälter för att bilda helium.
Numera det finns inga reaktorer som arbetar med kärnfusioneftersom det är mycket komplext att återskapa dessa förhållanden. Det mesta som ses är en experimentell kärnfusionsreaktor som heter ITER och som byggs i Frankrike och som försöker avgöra om denna energiproduktionsprocess är livskraftig både tekniskt och ekonomiskt och genomför kärnfusion genom magnetisk inneslutning.
Kritisk massa
Den kritiska massan är den minsta mängden klyvbart material som behövs så att en kärnkedjereaktion kan upprätthållas och energi kan genereras på ett konstant sätt.
Även om i varje kärnklyvning mellan två och tre neutroner produceras, kan inte alla neutroner som släpps kunna fortsätta med en ny klyvningsreaktion, men några av dem går förlorade. Om dessa neutroner som frigörs av varje reaktion förloras i en hastighet som är större än så kan bildas av fission, kedjereaktionen kommer inte att vara hållbar och det kommer att sluta.
Därför kommer denna kritiska massa att bero på flera faktorer såsom de fysiska och kärnegenskaperna, geometrin och renheten hos varje atom.
För att ha en reaktor i vilken minst neutroner flyr behövs en sfärgeometri, eftersom den har minsta möjliga yta så att neutronläckage minskas. Om materialet vi använder för klyvning gränsar vi det mot en neutronreflektor, förloras många fler neutroner och den kritiska massa som behövs minskas. Detta sparar råvaror.
Spontan kärnklyvning
När detta händer är det inte nödvändigt att en neutron måste absorberas från utsidan, men i vissa isotoper av uran och plutonium, som har en mer instabil atomstruktur, kan de spontan klyvning.
Därför finns det i varje kärnklyvningsreaktion sannolikheten per sekund att en atom kan klyva spontant, det vill säga utan att någon ingriper. Till exempel, plutonium 239 är mer benägna att spontant klyva än uran 235.
Med den här informationen hoppas jag att du vet något mer om hur kärnenergi skapas för elproduktion i städer.