Energjia bërthamore është një nga burimet më të fuqishme të energjisë në botë. Në përgjithësi, përdoret në termocentrale të mëdha bërthamore për të prodhuar energji elektrike në shkallë të gjerë. Megjithatë, pak i dinë proceset që lejojnë që bërthamat e atomeve të shndërrohen në energji praktike për jetën e përditshme. Në terma të përgjithshëm, kjo energji gjenerohet nga dy procese të ndryshme: Ndarja bërthamore y bashkimi bërthamor.
Në këtë artikull, ne do të shqyrtojmë procesin e Ndarja bërthamore, duke shpjeguar se si gjenerohet kjo lloj energjie, cili është mekanizmi i saj dhe si ndryshon nga shkrirja bërthamore, ndër temat e tjera kryesore.
Çfarë është ndarja bërthamore?
Fisioni bërthamor është një lloj reaksioni bërthamor në të cilin bërthama e një atomi të rëndë ndahet në bërthama më të lehta, duke lëshuar një sasi të madhe energjie në proces. Kjo energji është ajo që më pas shndërrohet, kryesisht, në energji elektrike në rastin e centraleve bërthamore.
Në këtë proces, një neutron përplaset me bërthamën e një atomi të paqëndrueshëm, si p.sh uranium-235 ose plutonium-239. Duke kapur neutronin e përmendur, thelbi bëhet edhe më i paqëndrueshëm dhe ndahet, duke çliruar neutrone dhe energji shtesë në formën e nxehtësisë dhe rrezatimit.
Këto neutrone shtesë, nga ana tjetër, mund të shkaktojnë më shumë reaksione të ndarjes duke u përplasur me bërthama të tjera të paqëndrueshme, duke mbajtur një reaksion zinxhir e cila, nëse nuk kontrollohet siç duhet, mund të çojë në një çlirim masiv të energjisë në një mënyrë shkatërruese. Ky është parimi bazë që lejon funksionimin e një reaktori bërthamor.
Një bërthamë e vetme e zbërthyer Mund të gjenerojë miliona herë më shumë energji sesa një reaksion kimik tipik, siç është djegia e qymyrit ose gazit. Kjo performancë mbresëlënëse e energjisë është arsyeja pse energjia bërthamore është një opsion kaq tërheqës për prodhimin e energjisë elektrike.
Reaksion zinxhir
Kur ndodh ndarja bërthamore, lirohen disa neutrone (zakonisht midis dy dhe tre). Këto neutrone mund të vazhdojnë të ndërveprojnë me bërthama të tjera të zbërthyeshme aty pranë, duke shkaktuar më shumë ndarje dhe rrjedhimisht duke çliruar edhe më shumë neutrone dhe energji. Kjo quhet reaksion zinxhir.
Që një reaksion zinxhir të jetë i qëndrueshëm, është e nevojshme që të paktën një nga neutronet e çliruar nga ndarja fillestare të shkaktojë një ndarje të re. Nëse plotësohet ky kusht, reagimi mund të vazhdojë në mënyrë të kontrolluar. Ky është parimi i punës së reaktorët bërthamorë.
Një nga sfidat e mëdha të termocentraleve bërthamore është aftësia për të kontrolluar këtë proces. Shumë ndarje me radhë mund të shkaktojnë një çlirim të papritur të energjisë, ndërsa shumë pak ndarje e bëjnë të pamundur gjenerimin e mjaftueshëm të energjisë. Reaktorët bërthamorë janë projektuar për të ruajtur këtë ekuilibër duke përdorur moderatorët dhe shiritat e kontrollit Ata thithin neutronet kur është e nevojshme.
Dallimet midis ndarjes bërthamore dhe shkrirjes
Si ndarja ashtu edhe shkrirja çlirojnë energjinë e përmbajtur në bërthamën e një atomi, por mekanizmi prapa secilit është shumë i ndryshëm.
Në Ndarja bërthamore, Një bërthama e rëndë ndahet në bërthama më të vogla, siç u përmend më parë, ndërsa në bashkimi bërthamor, procesi është i kundërt: bërthama të lehta, zakonisht hidrogjen, ato shkrihen për të formuar një më të rëndë, duke çliruar një sasi kolosale energjie.
Shembull i ndarjes:
Kur një neutron godet një atom të uranium-235, atomi ndahet në dy bërthama më të lehta, barium-144 dhe krypton-89, duke lëshuar tre neutrone të reja dhe një sasi të madhe energjie. Është një proces shumë i kontrolluar në centralet bërthamore.
Shembull i shkrirjes:
Në Diell, bërthamat e hidrogjenit shkrihen vazhdimisht për të formuar bërthamat e heliumit, duke çliruar sasi të mëdha energjie në formën e dritës dhe nxehtësisë. Megjithatë, kushtet e nevojshme për një reaksion shkrirjeje në Tokë janë jashtëzakonisht të vështira për t'u arritur për shkak të nevojës për temperatura miliona gradë dhe presione të larta. Pavarësisht dekadave të hulumtimit, fuzioni i kontrolluar bërthamor nuk është arritur ende në një mënyrë komerciale të qëndrueshme.
Masë kritike
La masë kritike Është sasia minimale e materialit të zbërthyer e nevojshme për të bërë të mundur një reaksion zinxhir të qëndrueshëm. Nëse masa e përdorur është më e vogël se ajo kritike, neutronet e lëshuara në çdo ndarje do të humbasin përpara se të shkaktojnë ndarje të reja dhe reaksioni do të ndalet.
Masa kritike varet nga faktorë të ndryshëm si p.sh pastërtia e materialit, gjeometrinë e tij dhe nëse është i rrethuar nga materiale që reflektojnë neutron, të cilat reduktojnë humbjet.
Një shembull i kësaj është se reaktorët bërthamorë zakonisht projektohen në formë sferike ose cilindrike për të ruajtur numrin e neutroneve brenda sistemit për aq kohë sa të jetë e mundur dhe për të siguruar që ndarja të vazhdojë në mënyrë të qëndrueshme.
Ndarja spontane bërthamore
ndarje spontane bërthamore Është një fenomen më pak i zakonshëm, por i rëndësishëm në të cilin një bërthamë ndahet pa ndërhyrjen e një neutroni të rënë. Kjo ndodh në izotope shumë të paqëndrueshme si plutonium-239.
Megjithëse probabiliteti që ai të ndodhë spontanisht është i ulët, ky fenomen ka implikime për menaxhimin e materialeve bërthamore dhe sigurinë e reaktorit.
Ky lloj i ndarjes mund të çojë në emetimin e rrezatimit dhe paraqet një rrezik potencial nëse nuk menaxhohet siç duhet, pasi mund të inicojë reaksione të padëshiruara nëse arrihen kushtet e duhura.
Kjo është arsyeja pse siguri në centralet bërthamore është çelësi për të shmangur incidentet dhe fatkeqësitë si ato që ndodhën në Çernobil ose Fukushima.
Fisioni bërthamor vazhdon të jetë një nga teknologjitë kryesore për prodhimin e energjisë në botë, veçanërisht për shkak të aftësisë së tij për të gjeneruar sasi të mëdha të energjisë elektrike me një gjurmë të kufizuar karboni.