Elbette, enerji ve elektrik üretmenin yollarından birinin nükleer enerji kullanılarak yapıldığını biliyorsunuzdur. Ama gerçekte nasıl çalıştığını bilmiyor olabilirsiniz. Nükleer enerji oluşumunun iki süreci vardır: nükleer fisyon ve nükleer füzyon.
Nükleer fisyonun ne olduğunu ve bununla ilgili her şeyi bilmek ister misiniz?
Nükleer fizyon
Nükleer fisyon, daha ağır çekirdeğin nötronlarla bombardımana tutulduğu kimyasal bir reaksiyondur. Bu olduğunda, daha kararsız bir çekirdek haline gelir ve boyutları aynı büyüklük sırasına göre benzer olan iki çekirdeğe ayrışır. bu süreçte büyük miktarda enerji açığa çıkar ve birkaç nötron yayılır.
Nötronlar çekirdeğin bölünmesiyle yayıldıklarında, yakındaki diğer çekirdeklerle etkileşime girerek başka fisyonlara neden olabilirler. Nötronlar başka fisyonlara neden olduktan sonra, onlardan salınacak nötronlar daha da fazla fisyon oluşturacaktır. Böylece büyük miktarda enerji üretilir. Bu süreç gerçekleşir saniyenin küçük bir bölümünde ve zincirleme reaksiyon olarak bilinir. Fisyona uğramış çekirdekler, bir kömür bloğunun yakılmasıyla veya aynı kütlede bir dinamit bloğunun patlatılmasıyla elde edilenden milyon kat daha fazla enerji açığa çıkarır. Bu nedenle nükleer enerji çok güçlü bir enerji kaynağıdır ve yüksek enerji gereksinimleri için kullanılır.
Bu enerji salınımı, kimyasal bir reaksiyondan daha hızlı gerçekleşir.
Nötron fisyonları meydana geldiğinde ve sadece bir nötron salındığında müteakip bir fisyona neden olduğunda, saniyede meydana gelen fisyon sayısı sabittir ve reaksiyonlar iyi kontrol edilebilir. Bu onların çalışma prensibidir nükleer reaktörler.
Füzyon ve fisyon arasındaki fark
Her ikisi de bir atomun çekirdeğinde bulunan enerjiyi serbest bırakan nükleer reaksiyonlardır. Ancak ikisi arasında büyük farklar var. Nükleer fisyon, yorumlandığı gibi, nötronlarla çarpışma yoluyla daha ağır çekirdeğin daha küçük olanlara ayrılmasıdır. Nükleer füzyon durumunda durum tam tersidir. Bu daha hafif çekirdeklerin kombinasyonu daha büyük ve daha ağır bir tane yaratmak için.
Örneğin, nükleer fisyonda, uranyum 235 (nükleer fisyona uğrayabilen ve doğada bulunan tek izotoptur) bir nötronla birleşerek hızla bölünen daha kararlı bir atom oluşturur ven baryum 144 ve kripton 89artı üç nötron. Bu, uranyum ile nötron birleştiğinde meydana gelen olası reaksiyonlardan biridir.
Bu operasyonla, halihazırda bulunan ve elektrik enerjisi üretimi için kullanılan nükleer reaktörler devreye giriyor.
Nükleer füzyonun gerçekleşmesi için, daha hafif olan iki çekirdeğin birleşerek daha ağır bir çekirdek oluşturması gerekir. Bu süreçte büyük miktarda enerji açığa çıkar. Örneğin, Güneş'te, daha düşük kütleli atomların daha ağır atomlar oluşturmak için birleştiği nükleer füzyon süreçleri sürekli olarak gerçekleşiyor. En hafif iki çekirdek pozitif yüklü olmalı ve var olan elektrostatik itme kuvvetlerinin üstesinden gelerek birbirine yaklaşmalıdır. Bu, büyük miktarda sıcaklık ve basınç gerektirir. Gezegenimizde Güneş'te herhangi bir baskı olmadığından, çekirdeklerin reaksiyona girmesi ve bu itici güçlerin üstesinden gelebilmesi için gerekli olan enerji bir partikül hızlandırıcı vasıtasıyla elde edilirler.
En tipik nükleer füzyon reaksiyonlarından biri, bir helyum atomu artı bir nötron oluşturmak için iki hidrojen izotopunun, döteryum ve trityumun kombinasyonundan oluşan reaksiyondur. Bu gerçekleştiğinde, Güneş'te hidrojen atomlarının maruz kaldığı yüksek yerçekimi basınçları vardır ve kaynaşmaları için 15 milyon santigrat derece sıcaklıklara ihtiyaçları vardır. Her saniye Helyum oluşturmak için 600 milyon ton hidrojen füzyonu.
Günümüzde nükleer füzyonla çalışan reaktör yok, çünkü bu koşulları yeniden yaratmak çok karmaşık. En çok görülen şey, Fransa'da inşa edilen ve bu enerji üretim sürecinin hem teknolojik hem de ekonomik olarak uygulanabilir olup olmadığını belirlemeye çalışan, manyetik hapsetme yoluyla nükleer füzyon gerçekleştiren ITER adlı deneysel bir nükleer füzyon reaktörü.
Kritik kitle
Kritik kütle en az miktarda bölünebilen malzeme bu, bir nükleer zincir reaksiyonunun sürdürülebilmesi ve sürekli bir şekilde enerji üretilebilmesi için gereklidir.
İki ve üç nötron arasındaki her nükleer fisyonda üretilse de, salınan tüm nötronlar başka bir fisyon reaksiyonuyla devam edemez, ancak bazıları kaybolur. Her reaksiyonda salınan bu nötronlar bundan daha büyük bir oranda kaybedilirse fisyon ile oluşturulabilir, zincirleme reaksiyon sürdürülebilir olmayacak ve duracak.
Bu nedenle, bu kritik kütle, her atomun fiziksel ve nükleer özellikleri, geometrisi ve saflığı gibi çeşitli faktörlere bağlı olacaktır.
En az nötronun kaçtığı bir reaktöre sahip olmak için, mümkün olan minimum yüzey alanına sahip olduğu için bir küre geometrisine ihtiyaç vardır. nötron kaçağı azalır. Parçalamak için kullandığımız malzeme onu bir nötron reflektörüyle çevrelediğimizde çok daha fazla nötron kaybolur ve ihtiyaç duyulan kritik kütle azalır. Bu ham maddelerden tasarruf sağlar.
Kendiliğinden nükleer fisyon
Bu olduğunda, bir nötronun dışarıdan emilmesi gerekli değildir, ancak daha dengesiz bir atomik yapıya sahip olan bazı uranyum ve plütonyum izotoplarında, kendiliğinden fisyon yapabilirler.
Bu nedenle, her nükleer fisyon reaksiyonunda, saniyede bir atomun kendiliğinden, yani kimse müdahale etmeden fisyon yapabilme olasılığı vardır. Örneğin, plütonyum 239, uranyum 235'e göre kendiliğinden parçalanma olasılığı daha yüksektir.
Bu bilgilerle umarım şehirlerde elektrik üretimi için nükleer enerjinin nasıl yaratıldığı hakkında daha fazla şey biliyorsunuzdur.