Jaderná energie je jedním z nejvýkonnějších zdrojů energie na světě. Obecně se používá ve velkých jaderných elektrárnách k výrobě elektřiny ve velkém měřítku. Málokdo však zná procesy, které umožňují přeměnu jader atomů na praktickou energii pro každodenní život. Obecně řečeno, tato energie vzniká ze dvou různých procesů: Jaderná fúze y jaderná fůze.
V tomto článku se ponoříme do procesu Jaderná fúze, vysvětlující, jak se tento typ energie generuje, jaký je jeho mechanismus a jak se liší od jaderné fúze, mezi další klíčová témata.
Co je jaderné štěpení?
Jaderné štěpení je druh jaderné reakce, při které se jádro těžkého atomu rozštěpí na lehčí jádra, přičemž se při tomto procesu uvolní velké množství energie. Tato energie je v případě jaderných elektráren následně transformována především na elektřinu.
Při tomto procesu se neutron srazí s jádrem nestabilního atomu, jako je kupř uran-235 nebo plutonium-239. Zachycením uvedeného neutronu se jádro se stává ještě nestabilnější a štěpí se, přičemž se uvolňují další neutrony a energie ve formě tepla a záření.
Tyto neutrony navíc mohou zase vyvolat další štěpné reakce tím, že se srazí s jinými nestabilními jádry a udrží řetězová reakce která, pokud není správně kontrolována, může vést k masivnímu uvolnění energie destruktivním způsobem. To je základní princip, který umožňuje provoz jaderného reaktoru.
Jediné rozštěpené jádro Může generovat milionkrát více energie než typická chemická reakce, jako je spalování uhlí nebo plynu. Tato působivá energetická náročnost je důvodem, proč je jaderná energie tak atraktivní možností pro výrobu elektřiny.
Řetězová reakce
Když dojde k jadernému štěpení, uvolní se několik neutronů (obvykle mezi dvěma a třemi). Tyto neutrony mohou pokračovat v interakci s dalšími blízkými štěpitelnými jádry, což způsobuje další štěpení a následně uvolňuje ještě více neutronů a energie. Tomu se říká řetězová reakce.
Aby byla řetězová reakce udržitelná, je nutné, aby alespoň jeden z neutronů uvolněných počátečním štěpením způsobil nové štěpení. Pokud je tato podmínka splněna, může reakce řízeně pokračovat. Toto je pracovní princip jaderné reaktory.
Jednou z velkých výzev jaderných elektráren je schopnost řídit tento proces. Příliš mnoho štěpení v řadě může způsobit náhlé uvolnění energie, zatímco příliš málo štěpení znemožňuje generovat dostatek energie. Jaderné reaktory jsou navrženy tak, aby udržely tuto rovnováhu používáním moderátory a ovládací lišty V případě potřeby absorbují neutrony.
Rozdíly mezi jaderným štěpením a fúzí
Jak štěpení, tak fúze uvolňují energii obsaženou v jádře atomu, ale mechanismus za každým je velmi odlišný.
V Jaderná fúze, zajišťuje také účinek těžké jádro se dělí v menších jádrech, jak bylo zmíněno dříve, zatímco v jaderná fůze, postup je obrácený: lehká jádra, obvykle vodík, splynou a vytvoří těžší, přičemž se uvolní obrovské množství energie.
Příklad štěpení:
Když neutron narazí na atom uran-235atom se rozdělí na dvě lehčí jádra, baryum-144 a krypton-89, uvolňující tři nové neutrony a velké množství energie. Jde o vysoce kontrolovaný proces v jaderných elektrárnách.
Příklad fúze:
Ve Slunci se jádra vodíku neustále spojují a vytvářejí jádra helia, přičemž se uvolňuje obrovské množství energie ve formě světla a tepla. Podmínky nutné pro fúzní reakci na Zemi je však extrémně obtížné dosáhnout kvůli potřebě teplot milionů stupňů a vysokých tlaků. Navzdory desetiletím výzkumu, řízené jaderné fúze dosud nebylo dosaženo komerčně životaschopným způsobem.
Kritické množství
La kritické množství Je to minimální množství štěpného materiálu nezbytné k umožnění trvalé řetězové reakce. Pokud je použitá hmotnost menší než kritická, neutrony uvolněné při každém štěpení se ztratí dříve, než způsobí nové štěpení, a reakce se zastaví.
Kritická hmotnost závisí na různých faktorech, jako je např čistota materiálu, jeho geometrii a zda je obklopena materiály odrážejícími neutrony, které snižují ztráty.
Příkladem toho je, že jaderné reaktory jsou obvykle navrženy v kulovém nebo válcovém tvaru, aby udržely počet neutronů v systému co nejdéle a zajistily, že štěpení bude pokračovat udržitelně.
Spontánní štěpení jader
spontánní jaderné štěpení Jde o méně častý, ale důležitý jev, kdy se jádro dělí bez zásahu dopadajícího neutronu. K tomu dochází u velmi nestabilních izotopů, jako je plutonium-239.
Přestože pravděpodobnost, že k němu dojde spontánně, je nízká, má tento jev důsledky pro nakládání s jadernými materiály a bezpečnost reaktoru.
Tento typ štěpení může vést k emisi záření a představuje potenciální nebezpečí, pokud není správně řízen, protože by mohl vyvolat nežádoucí reakce, pokud by byly dosaženy správné podmínky.
To je důvod, proč zabezpečení v jaderných elektrárnách je klíčem k předcházení incidentům a katastrofám, jako byly ty, které se staly v Černobylu nebo Fukušimě.
Jaderné štěpení je i nadále jednou z předních technologií pro výrobu energie na světě, zejména díky své schopnosti vyrábět velké množství elektřiny s omezenou uhlíkovou stopou.