Grundlæggende om nuklear fission

Nuklear fission opstår, når en større isotop bryder ud i to eller flere elementer. Forskere normalt udføre denne opgave (for nogle kontrollerede kernereaktioner) ved at bombardere en stor isotop med en anden, mindre en - ofte en neutron. Kollisionen resulterer i nuklear fission.

Det nukleare fission af uran-235 er vist i følgende ligning:

Reaktioner af denne type også frigive en masse energi. Hvor kommer energien fra? Hvis du laver meget præcis måling af masserne af alle atomer og subatomare partikler du starte med og alle de atomer og subatomare partikler du ender med, og derefter sammenligne de to, finder du, at der er nogle "mangler" masse.

Matter forsvinder under kernereaktion. Dette tab af stof kaldes massen defekt. Den manglende stof omdannes til energi. Du kan faktisk beregne den mængde energi, der produceres i løbet af en kernereaktion med en forholdsvis simpel ligning udviklet af Einstein:

I denne ligning E er mængden af energi, der produceres, m er den "manglende" masse eller massen defekt, og c er lysets hastighed, hvilket er et temmelig stort antal. Lysets hastighed kvadreres, hvilket gør, at en del af ligningen et meget stort antal, at selv når multipliceret med en lille mængde af masse, giver en stor mængde energi.

Kædereaktioner og kritisk masse

I ligningen for fission af U-235, bemærker, at en neutron blev anvendt, men tre blev produceret. Disse tre neutroner, hvis de støder på andre U-235 atomer, kan iværksætte andre fissioner, der producerer endnu flere neutroner. Med hensyn til nuklear kemi, er det en vedvarende kaskade af nukleare fissioner kaldes en kædereaktion. Den kædereaktion af U-235 er vist i følgende figur.

Denne kædereaktion afhænger udgivelsen af ​​flere neutroner end blev brugt under kernereaktion. Hvis du skulle skrive ligningen for nuklear fission af U-238, den mere rigelige isotop af uran, ville du bruge en neutron og kun få én ud igen. Du kan ikke have en kædereaktion med U-238.

Men isotoper, der producerer et overskud af neutroner i deres fission støtte en kædereaktion. Denne type isotop siges at være fissile, og der er kun to vigtigste fissile isotoper, der anvendes i løbet af kernereaktioner - uran-235 og plutonium-239.

Det mindste beløb af fissilt materiale er nødvendig for at sikre, at en kæde reaktion forekommer, kaldes den kritiske masse. Alt mindre end dette beløb kaldes subkritiske.

Grundlæggende om nuklear fission

Den kædereaktion af uran-235.

Atombomber

På grund af den enorme mængde energi frigives i en fission kædereaktion blev de militære konsekvenser af kernereaktioner straks realiseret. Den første atombombe blev kastet over Hiroshima, Japan, den August 6, 1945.

I en atombombe, er to stykker af en fissile isotop holdes adskilt. Hver brik i sig selv er underkritiske. Når det er tid til bomben til at eksplodere, konventionelle sprængstoffer tvinge de to stykker sammen for at forårsage en kritisk masse. Den kædereaktion er ukontrolleret, frigiver en enorm mængde energi næsten øjeblikkeligt.

Atomkraftværker

Hemmeligheden til at styre en kædereaktion er at kontrollere de neutroner. Hvis neutroner kan styres, så den energi kan frigives på en kontrolleret måde. Det er, hvad forskerne har gjort med atomkraftværker.

I mange henseender et kernekraftværk ligner en konventionel fossilt brændstof kraftværk. I denne type anlæg, er et fossilt brændstof (kul, olie, naturgas) brændt, og varmen anvendes til at koge vand, som på sin side anvendes til fremstilling af damp. Dampen anvendes derefter til at dreje en turbine, der er knyttet til en generator, der producerer elektricitet.

Den store forskel mellem et konventionelt kraftværk og et atomkraftværk er, at atomkraftværket producerer varme gennem nuklear fission kædereaktioner.

Formeringsreaktorer: Making mere nuklear ting

Udover U-235 isotop af uran, den anden almindeligt anvendte spaltelige isotop, plutonium-239 (Pu-239), er meget sjælden i naturen. Men der er en måde at gøre Pu-239 fra U-238 i en særlig fission reaktor kaldes en opdrætter reaktor.

Uran-238 er først bombarderet med en neutron til at producere U-239, som henfalder til Pu-239. Processen er vist i følgende figur.

Grundlæggende om nuklear fission

Opdrætteren reaktor proces.

Formeringsreaktorer kan udvide udbuddet af spaltelige brændstoffer i mange, mange år, og de er i øjeblikket anvendes i Frankrig. Men USA bevæger sig langsomt med opførelsen af ​​formeringsreaktorer grund af flere problemer forbundet med dem:

  • Først, de er ekstremt dyre at bygge.
  • For det andet, de producerer store mængder af nukleart affald.
  • Og endelig, plutonium, der er produceret er meget mere farligt at håndtere end uran og kan let anvendes i en atombombe.

© 2019 Zajacperrone.com | Contact us: webmaster# zajacperrone.com