Напевно, ви знаєте, що один із способів виробництва енергії та електроенергії здійснюється за рахунок використання ядерної енергії. Але ви можете не знати, як це насправді працює. Існує два процеси формування ядерної енергії: ядерний поділ та ядерний синтез.
Ви хочете знати, що таке ділення ядер та все, що з цим пов’язане?
Ядерний риб
Поділ ядра - це хімічна реакція, при якій важче ядро бомбардується нейтронами. Коли це трапляється, воно стає більш нестійким ядром і розкладається на два ядра, розміри яких однакові в однаковому порядку величини. У цьому процесі виділяється велика кількість енергії і виділяється кілька нейтронів.
Коли нейтрони виділяються діленням ядра, вони здатні викликати інші розщеплення, взаємодіючи з іншими сусідніми ядрами. Як тільки нейтрони спричиняють інші розщеплення, нейтрони, що вивільняться з них, будуть генерувати ще більше розщеплень. Отже, у міру генерації великої кількості енергії. Цей процес відбувається за невелику частку секунди і відомий як ланцюгова реакція. Ядра, що розщепилися, виділяють у мільйон разів більше енергії, ніж ті, що отримуються спалюванням блоку вугілля або вибухом блоку динаміту тієї ж маси. З цієї причини ядерна енергія є дуже потужним джерелом енергії і використовується для високих потреб у енергії.
Це виділення енергії відбувається швидше, ніж при хімічній реакції.
Коли відбуваються розщеплення нейтронів і виділяється лише один нейтрон, що спричиняє подальший розподіл, кількість розщеплень, що відбуваються в секунду, є постійним, і реакції можна добре контролювати. Це принцип, за яким вони працюють ядерні реактори.
Різниця між синтезом і поділом
І ті, і інші є ядерними реакціями, що виділяють енергію, що міститься в ядрі атома. Але між ними є великі відмінності. Як було прокоментовано, поділ ядра - це поділ важчого ядра на менші через зіткнення з нейтронами. У випадку ядерного синтезу все навпаки. це є легше поєднання серцевини створити більший і важчий.
Наприклад, при поділі ядра, уран 235 (це єдиний ізотоп, який може зазнати ядерного поділу і який є в природі) поєднується з нейтроном, утворюючи більш стабільний атом, який швидко ділиться іросійський барій 144 і криптон 89, плюс три нейтрони. Це одна з можливих реакцій, що відбуваються при з’єднанні урану з нейтроном.
Під час цієї операції діють ядерні реактори, які в даний час знаходяться і використовуються для виробництва електричної енергії.
Щоб відбувся ядерний синтез, необхідно, щоб два легші ядра об’єдналися, щоб утворити важче. У цьому процесі виділяється велика кількість енергії. Наприклад, на Сонці безперервно відбуваються процеси ядерного синтезу, в яких атоми з меншою масою об'єднуються і утворюють важчі. Два легші ядра мають бути позитивно зарядженими і рухатися ближче одне до одного, долаючи електростатичні сили відштовхування, які існують. Для цього потрібна велика кількість температури і тиску. На нашій планеті, оскільки на Сонці немає тиску, необхідна енергія, необхідна для ядер, щоб реагувати і долати ці сили відштовхування їх досягають за допомогою прискорювача частинок.
Однією з найбільш типових реакцій ядерного синтезу є та, яка складається з поєднання двох ізотопів водню, дейтерію та тритію, з утворенням атома гелію та нейтрона. Коли це трапляється, на Сонці виникають високі гравітаційні тиски, яким піддаються атоми Гідрогену, і для злиття їм потрібна температура в 15 мільйонів градусів Цельсія. Кожна секунда 600 мільйонів тонн водневого плавця утворюють гелій.
В даний час немає реакторів, які працюють з ядерним синтезом, оскільки відтворити ці умови дуже складно. Найбільше, що можна побачити, - це експериментальний реактор ядерного синтезу під назвою ITER, який будується у Франції і який намагається визначити, чи є цей процес виробництва енергії життєздатним як в технологічному, так і в економічному плані, здійснюючи ядерний синтез через магнітне обмеження.
Критична маса
Критична маса становить найменша кількість ділиться матеріалу це необхідно для того, щоб можна було підтримувати ланцюгову ядерну реакцію та постійно виробляти енергію.
Хоча в кожному поділі ядра утворюється від двох до трьох нейтронів, не всі нейтрони, що виділяються, здатні продовжувати іншу реакцію поділу, але деякі з них втрачаються. Якщо ці нейтрони, що виділяються під час кожної реакції, втрачаються зі швидкістю, більшою за цю здатні утворюватися шляхом ділення, ланцюгова реакція не буде стійкою і це зупиниться.
Отже, ця критична маса буде залежати від кількох факторів, таких як фізичні та ядерні властивості, геометрія та чистота кожного атома.
Щоб мати реактор, в якому виходить найменше нейтронів, потрібна геометрія сфери, оскільки вона має мінімально можливу площу поверхні, щоб зменшується витік нейтронів. Якщо матеріал, який ми використовуємо для поділу, ми обмежуємо його відбивачем нейтронів, втрачається набагато більше нейтронів і зменшується необхідна критична маса. Це економить сировину.
Спонтанне ділення ядер
Коли це трапляється, необов’язково, щоб нейтрон повинен поглинатися ззовні, але в певних ізотопах урану та плутонію, які мають більш нестабільну атомну структуру, вони здатні до спонтанного поділу.
Отже, у кожній реакції ядерного поділу існує ймовірність в секунду, що атом здатний ділитися спонтанно, тобто без втручання когось. Наприклад, плутоній 239, швидше за все, спонтанно ділиться, ніж уран 235.
Завдяки цій інформації, я сподіваюся, ви знаєте щось більше про те, як створюється атомна енергія для виробництва електроенергії в містах.