Sự phân hạch hạt nhân là gì

mô phỏng phân hạch hạt nhân

Chắc chắn bạn biết rằng một trong những cách để sản xuất năng lượng và điện được thực hiện thông qua việc sử dụng năng lượng hạt nhân. Nhưng bạn có thể không biết nó thực sự hoạt động như thế nào. Có hai quá trình hình thành năng lượng hạt nhân: sự phân hạch hạt nhân và phản ứng tổng hợp hạt nhân.

Bạn có muốn biết phân hạch hạt nhân là gì và mọi thứ liên quan đến nó không?

Hạt nhân hạt nhân

sự phân hạch hạt nhân của uranium 235

Phân hạch hạt nhân là một phản ứng hóa học trong đó hạt nhân nặng hơn bị bắn phá bằng neutron. Khi điều này xảy ra, nó trở thành một hạt nhân không ổn định hơn và phân hủy thành hai hạt nhân, có kích thước tương tự nhau theo cùng thứ tự độ lớn. Trong quá trình này một lượng lớn năng lượng được giải phóng và một số nơtron được phát ra.

Khi neutron được phát ra do sự phân chia của hạt nhân, chúng có khả năng gây ra các phân hạch khác bằng cách tương tác với các hạt nhân lân cận khác. Một khi các neutron gây ra các phân hạch khác, các neutron được giải phóng khỏi chúng sẽ tạo ra nhiều phân hạch hơn nữa. Cứ như vậy một lượng lớn năng lượng được tạo ra. Quá trình này xảy ra trong một phần nhỏ của giây và được gọi là phản ứng dây chuyền. Các hạt nhân đã phân hạch giải phóng năng lượng gấp một triệu lần năng lượng thu được khi đốt một khối than hoặc làm nổ một khối thuốc nổ có cùng khối lượng. Vì lý do này, năng lượng hạt nhân là một nguồn năng lượng rất mạnh và được sử dụng cho các yêu cầu năng lượng cao.

Sự giải phóng năng lượng này xảy ra nhanh hơn trong một phản ứng hóa học.

Khi sự phân hạch neutron xảy ra và chỉ một neutron được giải phóng gây ra sự phân hạch tiếp theo, số lượng phân hạch xảy ra trong một giây là không đổi và các phản ứng có thể được kiểm soát tốt. Đây là nguyên tắc hoạt động của chúng lò phản ứng hạt nhân.

Sự khác biệt giữa nhiệt hạch và phân hạch

phản ứng tổng hợp hạt nhân

Cả hai đều là phản ứng hạt nhân giải phóng năng lượng có trong hạt nhân của nguyên tử. Nhưng có sự khác biệt lớn giữa hai. Sự phân hạch hạt nhân, như đã được nhận xét, là sự phân tách hạt nhân nặng hơn thành những hạt nhỏ hơn, thông qua va chạm với neutron. Trong trường hợp phản ứng tổng hợp hạt nhân thì ngược lại. Nó là sự kết hợp của các lõi nhẹ hơn để tạo ra một cái lớn hơn và nặng hơn.

Ví dụ, trong quá trình phân hạch hạt nhân, uranium 235 (nó là đồng vị duy nhất có thể trải qua quá trình phân hạch hạt nhân và được tìm thấy trong tự nhiên) kết hợp với nơtron để tạo thành một nguyên tử bền hơn phân chia nhanh chóng vàn bari 144 và krypton 89, cộng với ba nơtron. Đây là một trong những phản ứng có thể xảy ra khi uranium kết hợp với neutron.

Với hoạt động này, các lò phản ứng hạt nhân được tìm thấy ngày nay và được sử dụng để tạo ra hoạt động năng lượng điện.

Để phản ứng tổng hợp hạt nhân xảy ra, cần thiết cho hai hạt nhân nhẹ hơn hợp nhất để tạo thành một hạt nặng hơn. Trong quá trình này, một lượng lớn năng lượng được giải phóng. Ví dụ, trong Mặt trời, các quá trình tổng hợp hạt nhân liên tục diễn ra, trong đó các nguyên tử có khối lượng thấp hơn đang hợp nhất để tạo thành những nguyên tử nặng hơn. Hai hạt nhân nhẹ hơn phải tích điện dương và chuyển động lại gần nhau, thắng lực đẩy tĩnh điện tồn tại. Điều này đòi hỏi một lượng lớn nhiệt độ và áp suất. Trên hành tinh của chúng ta, vì không có áp suất tồn tại trong Mặt trời, năng lượng cần thiết cần thiết cho các hạt nhân phản ứng và vượt qua các lực đẩy này chúng đạt được nhờ máy gia tốc hạt.

Một trong những phản ứng tổng hợp hạt nhân điển hình nhất là phản ứng bao gồm sự kết hợp của hai đồng vị của hydro, đơteri và triti, để tạo thành một nguyên tử heli và một nơtron. Khi điều này xảy ra, trong Mặt trời có áp suất hấp dẫn cao mà các nguyên tử hydro phải chịu và chúng cần nhiệt độ 15 triệu độ C để nung chảy. Mỗi giây 600 triệu tấn hợp chất hydro để tạo thành heli.

Hiện tại không có lò phản ứng nào hoạt động với phản ứng tổng hợp hạt nhân, vì rất phức tạp để tạo lại những điều kiện này. Cái được thấy nhiều nhất là một lò phản ứng tổng hợp hạt nhân thử nghiệm có tên là ITER đang được xây dựng ở Pháp và cố gắng xác định xem quá trình sản xuất năng lượng này có khả thi cả về mặt công nghệ và kinh tế hay không, thực hiện phản ứng tổng hợp hạt nhân thông qua giam giữ từ tính.

Khối lượng tới hạn

kế hoạch tổng hợp hạt nhân

Khối lượng tới hạn là lượng vật liệu phân hạch ít nhất điều đó cần thiết để phản ứng dây chuyền hạt nhân có thể được duy trì và năng lượng có thể được tạo ra một cách không đổi.

Mặc dù trong mỗi lần phân hạch hạt nhân có từ hai đến ba nơtron được tạo ra, không phải tất cả các nơtron được giải phóng đều có khả năng tiếp tục với một phản ứng phân hạch khác, nhưng một số trong số chúng đã bị mất đi. Nếu các nơtron này được giải phóng bởi mỗi phản ứng bị mất đi với tốc độ lớn hơn có khả năng được hình thành bởi sự phân hạch, phản ứng dây chuyền sẽ không bền vững và nó sẽ dừng lại.

Do đó, khối lượng tới hạn này sẽ phụ thuộc vào một số yếu tố như tính chất vật lý và hạt nhân, dạng hình học và độ tinh khiết của mỗi nguyên tử.

Để có một lò phản ứng trong đó ít neutron thoát ra nhất, cần có dạng hình cầu, vì nó có diện tích bề mặt tối thiểu có thể để giảm rò rỉ neutron. Nếu vật liệu chúng ta sử dụng để phân hạch mà chúng ta biên giới nó với một vật phản xạ neutron, thì nhiều neutron hơn bị mất và khối lượng tới hạn cần thiết sẽ giảm đi. Điều này giúp tiết kiệm nguyên liệu.

Sự phân hạch hạt nhân tự phát

Khi điều này xảy ra, không nhất thiết neutron phải được hấp thụ từ bên ngoài, nhưng trong một số đồng vị của uranium và plutonium, có cấu trúc nguyên tử không ổn định hơn, chúng có khả năng tự phân hạch.

Do đó, trong mỗi phản ứng phân hạch hạt nhân có xác suất trong một giây mà một nguyên tử có khả năng phân hạch một cách tự phát, tức là không có ai can thiệp. Ví dụ, plutonium 239 có nhiều khả năng tự phân hạch hơn uranium 235.

Với thông tin này, tôi hy vọng bạn biết thêm điều gì đó về cách năng lượng hạt nhân được tạo ra để sản xuất điện ở các thành phố.


Nội dung bài viết tuân thủ các nguyên tắc của chúng tôi về đạo đức biên tập. Để báo lỗi, hãy nhấp vào đây.

Hãy là người đầu tiên nhận xét

Để lại bình luận của bạn

địa chỉ email của bạn sẽ không được công bố.

*

*

  1. Chịu trách nhiệm về dữ liệu: Miguel Ángel Gatón
  2. Mục đích của dữ liệu: Kiểm soát SPAM, quản lý bình luận.
  3. Hợp pháp: Sự đồng ý của bạn
  4. Truyền thông dữ liệu: Dữ liệu sẽ không được thông báo cho các bên thứ ba trừ khi có nghĩa vụ pháp lý.
  5. Lưu trữ dữ liệu: Cơ sở dữ liệu do Occentus Networks (EU) lưu trữ
  6. Quyền: Bất cứ lúc nào bạn có thể giới hạn, khôi phục và xóa thông tin của mình.