Атомна енергетика є одним із найпотужніших джерел енергії у світі. Як правило, він використовується на великих атомних електростанціях для виробництва електроенергії у великих масштабах. Однак мало хто знає процеси, які дозволяють ядрам атомів перетворюватися на практичну енергію для повсякденного життя. Загалом ця енергія генерується в результаті двох різних процесів: Ядерний риб y ядерний синтез.
У цій статті ми розберемося в процесі Ядерний риб, пояснюючи, як генерується цей вид енергії, який її механізм і чим він відрізняється від ядерного синтезу, серед інших ключових тем.
Що таке ядерний поділ?
Ядерний поділ — це тип ядерної реакції, під час якої ядро важкого атома розщеплюється на більш легкі ядра, вивільняючи при цьому велику кількість енергії. Ця енергія - це те, що згодом перетворюється, головним чином, в електроенергію у випадку атомних станцій.
У цьому процесі нейтрон стикається з ядром нестабільного атома, наприклад уран-235 або плутоній-239. Захоплюючи згаданий нейтрон, ядро стає ще більш нестабільним і розщеплюється, вивільняючи додаткові нейтрони та енергію у вигляді тепла та випромінювання.
Ці додаткові нейтрони можуть, у свою чергу, викликати більше реакцій поділу шляхом зіткнення з іншими нестабільними ядрами, підтримуючи ланцюгова реакція яка, якщо її не контролювати належним чином, може призвести до масового вивільнення енергії руйнівним чином. Це основний принцип, який дозволяє працювати ядерному реактору.
Єдине розщеплене ядро Він може генерувати в мільйони разів більше енергії, ніж звичайна хімічна реакція, наприклад спалювання вугілля або газу. Ця вражаюча енергетична продуктивність є причиною того, чому атомна енергетика є таким привабливим варіантом виробництва електроенергії.
Ланцюгова реакція
Коли відбувається поділ ядер, вивільняється кілька нейтронів (зазвичай від двох до трьох). Ці нейтрони можуть продовжувати взаємодіяти з іншими ядрами, що розщеплюються поблизу, викликаючи більше поділів і, як наслідок, вивільняючи ще більше нейтронів і енергії. Це називається ланцюгова реакція.
Щоб ланцюгова реакція була стійкою, необхідно, щоб принаймні один із нейтронів, вивільнених під час початкового поділу, викликав новий поділ. Якщо ця умова виконується, реакція може тривати контрольованим чином. Це принцип роботи ядерні реактори.
Однією з найбільших проблем атомних електростанцій є можливість контролювати цей процес. Занадто багато поділів поспіль може спричинити раптове вивільнення енергії, тоді як занадто мало поділів робить неможливим генерування достатньої кількості енергії. Ядерні реактори призначені для підтримки цього балансу за допомогою модератори та панелі керування Вони поглинають нейтрони, коли це необхідно.
Відмінності між ядерним поділом і синтезом
І поділ, і термоядерний синтез вивільняють енергію, що міститься в ядрі атома, але механізм кожного з них дуже різний.
В Ядерний риб, А важке ядро ділиться у менших ядрах, як згадувалося раніше, тоді як у ядерний синтез, процес зворотний: легкі ядра, зазвичай водню, вони зливаються, утворюючи важчий, вивільняючи колосальну кількість енергії.
Приклад поділу:
Коли нейтрон потрапляє на атом уран-235, атом розпадається на два легших ядра, барій-144 і криптон-89, вивільняючи три нових нейтрони та велику кількість енергії. Це дуже контрольований процес на атомних станціях.
Приклад Fusion:
На Сонці ядра водню постійно зливаються, утворюючи ядра гелію, вивільняючи величезну кількість енергії у вигляді світла та тепла. Однак умов, необхідних для реакції термоядерного синтезу на Землі, надзвичайно важко досягти через потребу в температурах у мільйони градусів і високому тиску. Незважаючи на десятиліття досліджень, контрольований ядерний синтез ще не досягнуто комерційно життєздатним способом.
Критична маса
La критична маса Це мінімальна кількість матеріалу, що розщеплюється, необхідна для тривалої ланцюгової реакції. Якщо використана маса менша за критичну, нейтрони, що вивільняються під час кожного поділу, будуть втрачені, перш ніж спричинити нове поділ, і реакція припиниться.
Критична маса залежить від різних факторів, таких як чистота матеріалу, його геометрія та чи оточений він матеріалами, що відбивають нейтрони, що зменшує втрати.
Прикладом цього є те, що ядерні реактори зазвичай мають сферичну або циліндричну форму, щоб підтримувати кількість нейтронів у системі якомога довше та забезпечити стабільний поділ.
Спонтанне ділення ядер
спонтанне ядерне розщеплення Це менш поширене, але важливе явище, коли ядро ділиться без втручання падаючого нейтрона. Це відбувається в дуже нестабільних ізотопах, таких як плутоній-239.
Хоча ймовірність спонтанного виникнення є низькою, це явище має наслідки для управління ядерними матеріалами та безпеки реактора.
Цей тип поділу може призвести до випромінювання радіації та становить потенційну небезпеку, якщо ним не керувати належним чином, оскільки він може ініціювати небажані реакції, якщо досягнуто відповідних умов.
Ось чому la seguridad на атомних станціях є ключем до уникнення інцидентів і катастроф, подібних до тих, що сталися в Чорнобилі чи Фукусімі.
Ядерний розподіл продовжує залишатися однією з провідних технологій виробництва енергії в світі, особливо завдяки його здатності генерувати велику кількість електроенергії з обмеженим викидом вуглецю.