Osnove nuklearne fisije

Do nuklearne fisije dolazi kada se veći izotop raspadne na dva ili više elemenata. Znanstvenici ovu zadaću obično postižu (za neke kontrolirane nuklearne reakcije) bombardiranjem velikog izotopa drugim, manjim - obično neutronom. Sudar rezultira nuklearnom cijepanjem.

Nuklearna fisija urana-235 prikazana je u sljedećoj jednadžbi:

image0.png



Reakcije ove vrste također oslobađaju puno energije. Odakle energija? Ako napravite vrlo precizno mjerenje masa svih atoma i subatomskih čestica s kojima započinjete i svih atoma i subatomskih čestica s kojima završite, a zatim usporedite to dvoje, ustanovit ćete da nedostaje neke mase.

Materija nestaje tijekom nuklearne reakcije. Taj se gubitak materije naziva defekt mase . Materija koja nedostaje pretvara se u energiju. Količinu energije proizvedene tijekom nuklearne reakcije zapravo možete izračunati prilično jednostavnom jednadžbom koju je razvio Einstein:

nuspojave cetirizina hci

image1.png

U ovoj jednadžbi, JE je količina proizvedene energije, m je masa koja nedostaje ili nedostatak mase i c je brzina svjetlosti, što je prilično velik broj. Brzina svjetlosti je kvadratna, čineći taj dio jednadžbe a vrlo veliki broj koji, čak i ako se pomnoži s malom količinom mase, daje veliku količinu energije.

Lančane reakcije i kritična masa

U jednadžbi za cijepanje U-235 primijetite da je korišten jedan neutron, ali su proizvedena tri. Ova tri neutrona, ako naiđu na druge atome U-235, mogu inicirati druge fisije, proizvodeći još više neutrona. U smislu nuklearne kemije, to je kontinuirana kaskada nuklearnih fisija nazvana a lančana reakcija . Lančana reakcija U-235 prikazana je na sljedećoj slici.

kako provjeriti edem

Ova lančana reakcija ovisi o oslobađanju više neutrona nego što je korišteno tijekom nuklearne reakcije. Ako biste napisali jednadžbu za nuklearnu fisiju U-238, obilnijeg izotopa urana, upotrijebili biste jedan neutron, a samo jedan izvadili. Ne možete imati lančanu reakciju s U-238.

Ali izotopi koji stvaraju višak neutrona u svojoj cijepljenju podupiru lančanu reakciju. Kaže se da je ova vrsta izotopa cijepan , a postoje samo dva glavna cijepljiva izotopa koja se koriste tijekom nuklearnih reakcija - uran-235 i plutonij-239.

Minimalna količina cijepljivog materijala potrebna za osiguravanje pojave lančane reakcije naziva se kritična masa . Poziva se sve manje od ovog iznosa podkritično .

Lančana reakcija urana-235.Lančana reakcija urana-235.

Atomske bombe

Zbog ogromne količine energije oslobođene lančanom reakcijom fisije, vojne su implikacije nuklearnih reakcija odmah shvaćene. Prva atomska bomba bačena je na Hiroshimu u Japanu 6. kolovoza 1945. godine.

U atomskoj bombi dva se komada cjepivog izotopa drže odvojeno. Svaki je komad sam po sebi podkritičan. Kad je vrijeme da bomba eksplodira, konvencionalni eksplozivi prisiljavaju dva komada da stvore kritičnu masu. Lančana reakcija je nekontrolirana, gotovo trenutno oslobađa ogromnu količinu energije.

Nuklearne elektrane

Tajna upravljanja lančanom reakcijom je u kontroli neutrona. Ako se neutronima može upravljati, tada se energija može kontrolirano osloboditi. To su znanstvenici učinili s nuklearnim elektranama.

U mnogim aspektima nuklearna elektrana slična je konvencionalnoj elektrani na fosilna goriva. U ovoj vrsti postrojenja sagorijeva se fosilno gorivo (ugljen, nafta, prirodni plin), a toplina se koristi za kuhanje vode koja se, pak, koristi za stvaranje pare. Para se zatim koristi za okretanje turbine koja je pričvršćena na generator koji proizvodi električnu energiju.

Velika razlika između konvencionalne elektrane i nuklearne elektrane je u tome što nuklearna elektrana proizvodi toplinu lančanim reakcijama nuklearne fisije.

Uzgajivači reaktora: stvaranje više nuklearnih stvari

Osim izotopa urana U-235, drugi često korišteni cijepljivi izotop, plutonij-239 (Pu-239), u prirodi je vrlo rijedak. Ali postoji način za izradu Pu-239 od U-238 u posebnom reaktoru za cijepanje koji se naziva a uzgajivački reaktor .

Uran-238 prvi je bombardiran neutronom da bi se dobio U-239, koji se raspada na Pu-239. Postupak je prikazan na sljedećoj slici.

Postupak uzgajivačkog reaktora.Postupak uzgajivačkog reaktora.

Uzgajivački reaktori mogu produžiti opskrbu cijepljivim gorivima na mnogo, mnogo godina, a trenutno se koriste u Francuskoj. Ali Sjedinjene Države polako se kreću s izgradnjom uzgajivačkih reaktora zbog nekoliko problema povezanih s njima:

keppra dugotrajne nuspojave
  • Prvo, izuzetno su skupe za izgradnju.

  • Drugo, oni proizvode velike količine nuklearnog otpada.

  • I na kraju, plutonij koji se proizvodi mnogo je opasniji za rukovanje od urana i lako se može koristiti u atomskoj bombi.