Атомная энергетика является одним из самых мощных источников энергии в мире. Как правило, он используется на крупных атомных электростанциях для производства электроэнергии в больших масштабах. Однако немногие знают процессы, которые позволяют ядрам атомов превращаться в практическую энергию для повседневной жизни. В общих чертах, эта энергия генерируется в результате двух разных процессов: Ядерное деление y термоядерная реакция.
В этой статье мы углубимся в процесс Ядерное деление, объясняя, как генерируется этот тип энергии, каков его механизм и чем он отличается от ядерного синтеза, а также другие ключевые темы.
Что такое ядерное деление?
Деление ядра — это тип ядерной реакции, при которой ядро тяжелого атома распадается на более легкие ядра, выделяя при этом большое количество энергии. Эта энергия впоследствии преобразуется, главным образом, в электричество на атомных станциях.
В этом процессе нейтрон сталкивается с ядром нестабильного атома, например уран-235 или плутоний-239. Захватив указанный нейтрон, ядро становится еще более нестабильным и расщепляется, выделяя дополнительные нейтроны и энергию в виде тепла и радиации.
Эти дополнительные нейтроны, в свою очередь, могут вызвать больше реакций деления, сталкиваясь с другими нестабильными ядрами, поддерживая цепная реакция который, если его не контролировать должным образом, может привести к массовому высвобождению энергии разрушительным образом. Это основной принцип, который позволяет работать ядерному реактору.
Одно делящееся ядро Он может генерировать в миллионы раз больше энергии, чем обычная химическая реакция, например, сжигание угля или газа. Эти впечатляющие энергетические показатели являются причиной того, что ядерная энергия является таким привлекательным вариантом производства электроэнергии.
Цепная реакция
Когда происходит деление ядра, высвобождается несколько нейтронов (обычно от двух до трех). Эти нейтроны могут продолжать взаимодействовать с другими близлежащими делящимися ядрами, вызывая новые деления и, следовательно, выделяя еще больше нейтронов и энергии. Это называется цепная реакция.
Чтобы цепная реакция была устойчивой, необходимо, чтобы хотя бы один из нейтронов, выделившихся при первоначальном делении, вызвал новое деление. Если это условие соблюдено, реакция может продолжаться контролируемым образом. Это принцип работы ядерные реакторы.
Одной из серьезных проблем атомных электростанций является возможность контролировать этот процесс. Слишком много делений подряд может вызвать внезапное высвобождение энергии, а слишком мало делений делает невозможным выработку достаточного количества энергии. Ядерные реакторы предназначены для поддержания этого баланса за счет использования модераторы и панели управления Они поглощают нейтроны, когда это необходимо.
Различия между ядерным делением и синтезом
И деление, и синтез высвобождают энергию, содержащуюся в ядре атома, но механизм каждого из них очень различен.
En la Ядерное деление, un тяжелое ядро делится в более мелких ядрах, как упоминалось ранее, тогда как в термоядерная реакция, процесс обратный: легкие ядра, обычно водород, они сливаются, образуя более тяжелую, высвобождая колоссальное количество энергии.
Пример деления:
Когда нейтрон сталкивается с атомом уран-235, атом распадается на два более легких ядра, барий-144 и криптон-89, высвобождая три новых нейтрона и большое количество энергии. Это строго контролируемый процесс на атомных станциях.
Пример слияния:
На Солнце ядра водорода постоянно сливаются, образуя ядра гелия, выделяя огромное количество энергии в виде света и тепла. Однако условия, необходимые для реакции термоядерного синтеза на Земле, достичь чрезвычайно сложно из-за необходимости температур в миллионы градусов и высоких давлений. Несмотря на десятилетия исследований, управляемый ядерный синтез еще не был достигнут коммерчески жизнеспособным способом..
Критическая масса
La критическая масса Это минимальное количество делящегося материала, необходимое для того, чтобы стала возможной устойчивая цепная реакция. Если используемая масса меньше критической, нейтроны, выделяющиеся при каждом делении, будут потеряны, прежде чем вызвать новые деления, и реакция остановится.
Критическая масса зависит от различных факторов, таких как чистота материала, его геометрия и окружен ли он нейтроноотражающими материалами, снижающими потери.
Примером этого является то, что ядерные реакторы обычно имеют сферическую или цилиндрическую форму, чтобы поддерживать количество нейтронов в системе как можно дольше и гарантировать устойчивое продолжение деления.
Самопроизвольное деление ядер
спонтанное деление ядра Это менее распространенное, но важное явление, при котором ядро делится без вмешательства падающего нейтрона. Это происходит с очень нестабильными изотопами, такими как плутоний-239.
Хотя вероятность того, что это произойдет спонтанно, невелика, это явление имеет последствия для обращения с ядерными материалами и безопасности реакторов.
Этот тип деления может привести к выбросу радиации и представляет потенциальную опасность при неправильном управлении, поскольку при достижении правильных условий он может вызвать нежелательные реакции.
Оттого безопасность на атомных станциях является ключом к предотвращению инцидентов и катастроф, подобных тем, которые произошли в Чернобыле или Фукусиме.
Ядерное деление продолжает оставаться одной из ведущих технологий производства энергии в мире, особенно благодаря его способности генерировать большое количество электроэнергии с ограниченным углеродным следом.