แน่นอนคุณรู้ว่าวิธีหนึ่งในการผลิตพลังงานและไฟฟ้านั้นทำได้โดยการใช้พลังงานนิวเคลียร์ แต่คุณอาจไม่รู้ว่ามันทำงานอย่างไร การก่อตัวของพลังงานนิวเคลียร์มีสองกระบวนการ: ฟิชชันนิวเคลียร์และฟิวชันนิวเคลียร์
คุณอยากรู้ไหมว่าฟิชชันนิวเคลียร์คืออะไรและทุกอย่างที่เกี่ยวข้องกับมัน?
ฟิสิชั่นนิวเคลียร์
นิวเคลียร์ฟิชชันคือปฏิกิริยาทางเคมีที่นิวเคลียสที่หนักกว่าถูกทิ้งระเบิดด้วยนิวตรอน เมื่อสิ่งนี้เกิดขึ้นจะกลายเป็นนิวเคลียสที่ไม่เสถียรมากขึ้นและสลายตัวเป็นสองนิวเคลียสซึ่งมีขนาดใกล้เคียงกันในลำดับความสำคัญเดียวกัน ในกระบวนการนี้ พลังงานจำนวนมากถูกปล่อยออกมา และมีการปล่อยนิวตรอนออกมาหลายตัว
เมื่อนิวตรอนถูกปลดปล่อยออกมาโดยการแบ่งนิวเคลียสพวกมันสามารถก่อให้เกิดฟิลิชันอื่น ๆ ได้โดยการมีปฏิสัมพันธ์กับนิวเคลียสอื่น ๆ ที่อยู่ใกล้เคียง เมื่อนิวตรอนก่อให้เกิดฟิชชันอื่น ๆ นิวตรอนที่จะถูกปล่อยออกมาจากพวกมันจะสร้างฟิชชันมากยิ่งขึ้น ดังนั้นเมื่อพลังงานจำนวนมากถูกสร้างขึ้น กระบวนการนี้เกิดขึ้น ในเสี้ยววินาทีและเรียกว่าปฏิกิริยาลูกโซ่ นิวเคลียสที่ฟิชชันได้ปลดปล่อยพลังงานมากกว่าที่ได้จากการเผาก้อนถ่านหินเป็นล้านเท่าหรือระเบิดก้อนไดนาไมต์ที่มีมวลเท่ากัน ด้วยเหตุนี้พลังงานนิวเคลียร์จึงเป็นแหล่งพลังงานที่ทรงพลังมากและใช้สำหรับความต้องการพลังงานสูง
การปลดปล่อยพลังงานนี้เกิดขึ้นเร็วกว่าปฏิกิริยาเคมี
เมื่อนิวตรอนฟิชชันเกิดขึ้นและมีการปลดปล่อยนิวตรอนเพียงตัวเดียวทำให้เกิดฟิชชันตามมาจำนวนฟิชชันที่เกิดขึ้นต่อวินาทีจะคงที่และสามารถควบคุมปฏิกิริยาได้ดี นี่คือหลักการที่พวกเขาทำงาน เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์
ความแตกต่างระหว่างฟิวชั่นและฟิชชัน
ทั้งสองเป็นปฏิกิริยานิวเคลียร์ที่ปลดปล่อยพลังงานที่มีอยู่ในนิวเคลียสของอะตอม แต่มีความแตกต่างใหญ่ระหว่างทั้งสอง นิวเคลียร์ฟิชชันตามที่ได้แสดงความคิดเห็นคือการแยกนิวเคลียสที่หนักกว่าออกเป็นนิวเคลียสที่เล็กกว่าโดยการชนกับนิวตรอน ในกรณีของนิวเคลียร์ฟิวชันจะตรงกันข้าม มันคือ การรวมกันของแกนที่เบากว่า เพื่อสร้างสิ่งที่ใหญ่กว่าและหนักกว่า
ตัวอย่างเช่นในนิวเคลียร์ฟิชชัน ยูเรเนียม 235 (เป็นไอโซโทปเดียวที่สามารถเกิดนิวเคลียร์ฟิชชันและพบได้ในธรรมชาติ) รวมกับนิวตรอนเพื่อสร้างอะตอมที่เสถียรกว่าซึ่งแบ่งตัวอย่างรวดเร็วและn แบเรียม 144 และคริปทอน 89บวกสามนิวตรอน นี่เป็นหนึ่งในปฏิกิริยาที่เป็นไปได้ที่เกิดขึ้นเมื่อยูเรเนียมรวมตัวกับนิวตรอน
ด้วยการดำเนินการนี้เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ที่พบในปัจจุบันและที่ใช้สำหรับการผลิตพลังงานไฟฟ้า
ในการเกิดนิวเคลียร์ฟิวชั่นจำเป็นที่นิวเคลียสที่เบากว่าทั้งสองจะรวมตัวกันเพื่อสร้างนิวเคลียสที่หนักกว่า ในกระบวนการนี้พลังงานจำนวนมากจะถูกปล่อยออกมา ตัวอย่างเช่นในกระบวนการนิวเคลียร์ฟิวชันของดวงอาทิตย์กำลังเกิดขึ้นอย่างต่อเนื่องซึ่งอะตอมที่มีมวลต่ำกว่าจะรวมตัวกันเป็นอะตอมที่หนักกว่า นิวเคลียสที่เบาที่สุดทั้งสองจะต้องมีประจุบวกและเคลื่อนที่เข้าใกล้กันมากขึ้นเพื่อเอาชนะแรงผลักดันไฟฟ้าสถิตที่มีอยู่ สิ่งนี้ต้องใช้อุณหภูมิและความดันจำนวนมาก บนโลกของเราเนื่องจากไม่มีแรงกดดันที่มีอยู่ในดวงอาทิตย์พลังงานที่จำเป็นสำหรับนิวเคลียสในการตอบสนองและเอาชนะกองกำลังที่น่ารังเกียจเหล่านี้ ทำได้โดยใช้เครื่องเร่งอนุภาค
ปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชันที่พบมากที่สุดอย่างหนึ่งคือปฏิกิริยาที่ประกอบด้วยไอโซโทปสองไอโซโทปของไฮโดรเจนดิวเทอเรียมและทริเทียมรวมกันจนกลายเป็นอะตอมของฮีเลียมและนิวตรอน เมื่อสิ่งนี้เกิดขึ้นในดวงอาทิตย์จะมีแรงโน้มถ่วงสูงซึ่งอะตอมของไฮโดรเจนจะต้องอยู่ภายใต้อุณหภูมิ 15 ล้านองศาเซลเซียสในการหลอมรวม ทุกวินาที ไฮโดรเจนฟิวส์ 600 ล้านตันเพื่อสร้างฮีเลียม
ในปัจจุบันนี้ ไม่มีเครื่องปฏิกรณ์ที่ทำงานร่วมกับนิวเคลียร์ฟิวชั่นเนื่องจากมีความซับซ้อนมากในการสร้างเงื่อนไขเหล่านี้ขึ้นใหม่ สิ่งที่เห็นมากที่สุดคือเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ฟิวชันทดลองที่เรียกว่า ITER ซึ่งถูกสร้างขึ้นในฝรั่งเศสและพยายามที่จะตรวจสอบว่ากระบวนการผลิตพลังงานนี้ทำงานได้ทั้งทางเทคโนโลยีและทางเศรษฐกิจหรือไม่โดยดำเนินการฟิวชั่นนิวเคลียร์ผ่านการกักขังแม่เหล็ก
มวลวิกฤต
มวลวิกฤตคือ วัสดุฟิสไซล์จำนวนน้อยที่สุด ที่จำเป็นเพื่อให้สามารถรักษาปฏิกิริยาลูกโซ่นิวเคลียร์และสามารถสร้างพลังงานได้อย่างต่อเนื่อง
แม้ว่าในแต่ละนิวเคลียร์ฟิชชันระหว่างสองถึงสามนิวตรอนจะเกิดขึ้น แต่นิวตรอนบางตัวที่ถูกปลดปล่อยออกมาจะไม่สามารถทำปฏิกิริยาฟิชชันอื่นต่อไปได้ แต่บางส่วนก็สูญหายไป หากนิวตรอนเหล่านี้ปล่อยออกมาจากปฏิกิริยาแต่ละครั้งจะสูญเสียไปในอัตราที่มากกว่านั้น มีความสามารถที่จะเกิดขึ้นจากฟิชชัน ปฏิกิริยาลูกโซ่จะไม่ยั่งยืน และมันจะหยุด
ดังนั้นมวลวิกฤตนี้จะขึ้นอยู่กับปัจจัยหลายประการเช่นคุณสมบัติทางกายภาพและทางนิวเคลียร์รูปทรงเรขาคณิตและความบริสุทธิ์ของแต่ละอะตอม
ในการมีเครื่องปฏิกรณ์ที่นิวตรอนหนีออกมาน้อยที่สุดจำเป็นต้องมีรูปทรงกลมเนื่องจากมีพื้นที่ผิวน้อยที่สุดเพื่อให้ การรั่วไหลของนิวตรอนจะลดลง. หากวัสดุที่เราใช้ในการฟิชชันเราล้อมรอบด้วยตัวสะท้อนนิวตรอนนิวตรอนจำนวนมากจะสูญหายไปและมวลวิกฤตที่จำเป็นจะลดลง สิ่งนี้ช่วยประหยัดวัตถุดิบ
นิวเคลียร์ฟิชชันที่เกิดขึ้นเอง
เมื่อสิ่งนี้เกิดขึ้นไม่จำเป็นที่นิวตรอนจะต้องถูกดูดซับจากภายนอก แต่ในบางไอโซโทปของยูเรเนียมและพลูโตเนียมซึ่งมีโครงสร้างอะตอมที่ไม่เสถียรมากกว่าพวกมันสามารถเกิดฟิชชันที่เกิดขึ้นเองได้
ด้วยเหตุนี้ในปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิชชันแต่ละครั้งจึงมีความน่าจะเป็นต่อวินาทีที่อะตอมสามารถฟิชชันได้เองโดยไม่ต้องมีใครเข้ามาแทรกแซง ตัวอย่างเช่น, พลูโตเนียม 239 มีแนวโน้มที่จะฟิชชันตามธรรมชาติมากกว่ายูเรเนียม 235
ด้วยข้อมูลนี้ฉันหวังว่าคุณจะได้ทราบข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับการสร้างพลังงานนิวเคลียร์สำหรับการผลิตไฟฟ้าในเมืองต่างๆ