Πυρηνική διάσπαση

Πυρηνική σχάση 

Τα άτομα χωρίζονται στην πυρηνική σχάση, απελευθερώνοντας ενέργεια. Η πυρηνική σχάση χρησιμοποιείται σε όλους τους αντιδραστήρες πυρηνικής ενέργειας, όπου χρησιμοποιούνται άτομα ουρανίου. Ένα νετρόνιο συγκρούεται με ένα άτομο ουρανίου και το διαιρεί κατά τη διάρκεια της πυρηνικής σχάσης, απελευθερώνοντας μια τεράστια ποσότητα ενέργειας με τη μορφή θερμότητας και ακτινοβολίας. Υπάρχουν δύο τύποι αντιδράσεων σχάσης:η αυθόρμητη και η επαγόμενη σχάση. Όταν ένας σχάσιμος πυρήνας, όπως το ουράνιο, συλλαμβάνει ένα νετρόνιο, εισέρχεται σε ένα ασταθές σύστημα και τελικά διασπάται σε δύο βαριά συστατικά, γνωστά ως επαγόμενη σχάση. Εκπέμπει επίσης νετρόνια κατά τη διάρκεια αυτής της διαδικασίας.

Ιστορικό

Οι Γερμανοί φυσικοί Lise Meitner και Otto Frisch χρησιμοποίησαν τον όρο σχάση το 1939 για να περιγράψουν τη διάσπαση ενός βαρέως πυρήνα σε δύο ελαφρύτερους πυρήνες περίπου ίσου μεγέθους. Η προέλευση της πυρηνικής σχάσης ξεκίνησε με την ανακάλυψη του νετρονίου από τον James Chadwick στην Αγγλία το 1932. Ο Enrico Fermi και η ομάδα του στην Ιταλία ξεκίνησαν μια ολοκληρωμένη μελέτη των πυρηνικών αντιδράσεων που προκαλούνται από τον βομβαρδισμό διαφόρων υλικών με ένα αφόρτιστο σωματίδιο.

Διαδικασία πυρηνικής σχάσης

Η πυρηνική σχάση είναι μια αντίδραση κατά την οποία ένας βαρύς πυρήνας δέχεται επίθεση από νετρόνια και γίνεται ασταθής, αναγκάζοντας τον να αποσυντεθεί σε δύο πυρήνες ίσου μεγέθους και μεγέθους, απελευθερώνοντας μεγάλη ποσότητα ενέργειας και δύο ή τρία νετρόνια.

Αλληλεπιδρώντας με νέους πυρήνες πυρηνικής σχάσης, αυτά τα νετρόνια μπορούν να πυροδοτήσουν άλλες σχάσεις, εκπέμποντας περισσότερα νετρόνια. Αλυσιδωτή αντίδραση είναι ο όρος για αυτό το πολλαπλασιαστικό φαινόμενο. Η ποσότητα των σχισμένων πυρήνων απελευθερώνει ένα εκατομμύριο φορές περισσότερη ενέργεια σε ένα κλάσμα του δευτερολέπτου από την καύση ενός μπλοκ άνθρακα ή τη διάρρηξη ενός μπλοκ δυναμίτη της ίδιας μάζας. Η ενέργεια απελευθερώνεται σημαντικά πιο γρήγορα σε μια πυρηνική αντίδραση από ότι σε μια χημική αντίδραση λόγω της ταχύτητας της διαδικασίας αντίδρασης.

Ο αριθμός των σχάσεων κάθε δευτερόλεπτο θα είναι περιορισμένος εάν μόνο ένα από τα απελευθερωμένα νετρόνια μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να προκαλέσει επακόλουθη σχάση. Οι πυρηνικοί αντιδραστήρες, οι οποίοι είναι ρυθμιζόμενες πηγές ενέργειας πυρηνικής σχάσης, εργάζονται σε αυτήν την ιδέα.

Αντιδραστήρες πυρηνικής σχάσης

Η πυρηνική σχάση είναι μια ισχυρή πηγή ενέργειας. Απαιτείται αλυσιδωτή αντίδραση για την παραγωγή ενέργειας εξόδου ή ροής ισχύος. Σε έναν αντιδραστήρα σχάσης, μια πυρηνική αλυσιδωτή αντίδραση παίρνει την ακόλουθη μορφή:n + X —> Y + Z + γρήγορα νετρόνια.

Ένας σχάσιμος πυρήνας που υποδεικνύεται από το Χ συλλαμβάνει ένα αργό νετρόνιο (n). Τα γρήγορα νετρόνια εκπέμπονται όταν το Χ διασπάται σε δύο ελαφρύτερους αλλά πιο σταθερά συνδεδεμένους πυρήνες, το Υ και το Ζ. Για να προχωρήσουν οι αλυσιδωτές αντιδράσεις, ένας αντιδραστήρας πρέπει να έχει άφθονη παροχή σχάσιμου υλικού. Ως υποκρίσιμο υλικό ορίζεται ότι έχει ανεπαρκές υλικό σχάσιμο για τη διατήρηση μιας αλυσιδωτής αντίδρασης.

Ένας συντονιστής, συνήθως νερό, χρησιμοποιείται στον αντιδραστήρα για να επιβραδύνει τα γρήγορα νετρόνια και να τα διευκολύνει στην απορρόφησή τους, έτσι ώστε να μπορεί να ελεγχθεί η αλυσιδωτή αντίδραση.

Η κινητική ενέργεια των νετρονίων που παράγεται από την αλυσιδωτή αντίδραση χρησιμοποιείται για τη θέρμανση του νερού, τη δημιουργία ατμού και την κίνηση μιας γεννήτριας που παράγει ηλεκτρική ενέργεια σε έναν τυπικό αντιδραστήρα πυρηνικής σχάσης.

Επιβλαβείς επιπτώσεις πυρηνικής σχάσης

Υπάρχουν μερικά μειονεκτήματα στην πυρηνική σχάση, αυτά είναι:

•  Η σχάση δημιουργεί επικίνδυνα απόβλητα που πρέπει να αποθηκευτούν
• Το σχάσιμο υλικό είναι σε έλλειψη, αλλά οι αντιδραστήρες παραγωγής που παράγουν σχάσιμο υλικό μπορεί να είναι μια βιώσιμη εναλλακτική λύση
• Η διάδοση σχάσιμου υλικού αυξάνει τον κίνδυνο τα πυρηνικά όπλα να είναι εκτός ελέγχου

Χρήσιμα αποτελέσματα πυρηνικής σχάσης

Ακόμη και με αυτά τα μειονεκτήματα, η πυρηνική σχάση εξακολουθεί να είναι βιώσιμη.

• Η πυρηνική σχάση βοηθά στην παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας
• Η ηλεκτρική ενέργεια έχει μεγάλη σημασία στην καθημερινή μας ζωή. Σχεδόν οτιδήποτε χρησιμοποιούμε απαιτεί ρεύμα
• Η παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας οδηγεί σε εκπομπές που είναι επιβλαβείς για το περιβάλλον. Ωστόσο, με τη βοήθεια της πυρηνικής σχάσης, είναι δυνατή η δημιουργία ηλεκτρικής ενέργειας χωρίς να επηρεάζεται το περιβάλλον χρησιμοποιώντας τον ατμό που παράγεται κατά τη διάρκεια της πυρηνικής σχάσης για την περιστροφή του στροβίλου για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας

Αυτό σημαίνει ότι είναι βιώσιμο και καλύτερο για το περιβάλλον.

Συμπέρασμα

Για να ολοκληρώσουμε όσα μάθαμε μέχρι τώρα, γνωρίζουμε ότι η πυρηνική σχάση είναι η διάσπαση του πυρήνα ενός ατόμου σε πολλαπλούς μικρότερους πυρήνες που αναφέρονται ως προϊόντα σχάσης. Όταν τα βαριά άτομα περνούν από πυρηνική σχάση, αυτό είναι γνωστό ως εξώθερμη αντίδραση που απελευθερώνει τεράστιες ποσότητες ενέργειας. Η πυρηνική σχάση συμβαίνει όταν η ηλεκτρομαγνητική δύναμη που σπρώχνει τον πυρήνα χώρια υπερνικά την ισχυρή πυρηνική δύναμη που τον συγκρατεί μαζί με βαρύτερα άτομα. Η πυρηνική ενέργεια συμβάλλει στην προστασία του περιβάλλοντος παράγοντας μεγάλες ποσότητες ηλεκτρικής ενέργειας χωρίς άνθρακα.