nüvə fizikasıtəmiz enerjiatom nəzəriyyəsidavamlılıq
Nüvə parçalanması və Nüvə Füzyonu
Atom nüvəsindəki nəhəng enerji potensialı iki əks yolla istifadə edilə bilər: ağır, qeyri-sabit bir atomu daha kiçik hissələrə bölməyi əhatə edən parçalanma və kiçik atomların daha böyük bir atoma birləşməsini təmin edən birləşmə. Parçalanma mövcud elektrik şəbəkələrimizi işlətsə də, birləşmə ulduzları enerji ilə təmin edən və təmiz enerjinin gələcəyini təmsil edən prosesdir.
Seçilmişlər
Bu gün parçalanma enerjisi minlərlə evi, termoyadro birləşmə isə bütün günəş sistemini enerji ilə təmin edir.
Yer kürəsində birləşmənin baş verməsi üçün 100 milyon dərəcə Selsi temperaturu tələb olunur.
Bölünmə zəncirvari reaksiyaları neytronları udmaq üçün bor və ya kadmium çubuqları istifadə edilərək idarə olunur.
Hər iki prosesdən gələn enerji Eynşteynin məşhur tənliyindən gəlir, $E=mc^2$.
Nüvə parçalanması nədir?
Ağır atom nüvəsinin iki və ya daha çox kiçik nüvəyə bölünməsi və bunun nəticəsində xeyli miqdarda enerjinin sərbəst buraxılması prosesi.
Əsasən uran-235 və ya plutonium-239 kimi ağır elementlərdən yanacaq kimi istifadə edir.
Böyük bir nüvəyə dəyən bir neytron tərəfindən tetiklenir və onun qeyri-sabitləşməsinə və parçalanmasına səbəb olur.
Buraxılan neytronların qonşu atomları parçaladığı bir zəncirvari reaksiya yaradır.
Nəticədə min illərdir təhlükəli olaraq qalan radioaktiv tullantılar əmələ gəlir.
Hal-hazırda dünyada elektrik enerjisi istehsalı üçün kommersiya məqsədləri üçün istifadə edilən yeganə nüvə enerjisi formasıdır.
Nüvə Füzyonu nədir?
İki yüngül atom nüvəsinin birləşərək tək bir daha ağır nüvə əmələ gətirdiyi və bu prosesdə çox böyük enerjinin ayrıldığı reaksiya.
Adətən yanacaq kimi Hidrogen izotopları (Deuterium və Tritium) kimi yüngül elementlərdən istifadə edir.
Günəşin nüvəsindəki kimi həddindən artıq temperatur və təzyiqlər tələb edir.
Zəhərli və radioaktiv olmayan yan məhsul kimi helium istehsal edir.
Parçalanma ilə müqayisədə hər qram yanacaq üçün təxminən dörd dəfə çox enerji verir.
Plazmanın saxlanmasının çətinliyi səbəbindən kommersiya baxımından yararlılığı hələ də eksperimental mərhələdədir.
Müqayisə Cədvəli
Xüsusiyyət
Nüvə parçalanması
Nüvə Füzyonu
Əsas Tərif
Ağır nüvənin parçalanması
Yüngül nüvələrin birləşməsi
Yanacaq Tələbləri
Ağır izotoplar (Uran, Plutonium)
Yüngül izotoplar (Hidrogen, Helium)
Enerji Verimi
Yüksək
Son dərəcə Yüksək (3-4x Bölünmə)
İstehsal olunan tullantılar
Uzunömürlü radioaktiv izotoplar
Helium (inert/radioaktiv olmayan)
Əməliyyat şərtləri
Kritik kütlə və neytron nəzarəti
Həddindən artıq isti (milyonlarla dərəcə)
Təhlükəsizlik Riski
İdarə olunmazsa, çökmə ehtimalı
Ərimə mümkün deyil; reaksiya sadəcə dayanır
Ətraflı Müqayisə
Enerji Buraxılması Mexanizmi
Parçalanma böyük atomları qeyri-sabitləşdirməklə işləyir; nüvə parçalandıqda, əmələ gələn fraqmentlərin kütləsi orijinal atomdan bir qədər az olur. Bu "itkin kütlə" enerjiyə çevrilir. Füzyon oxşar kütlə qüsuru prinsipi üzərində işləyir, lakin bu, yüngül nüvələr o qədər möhkəm birləşdikdə baş verir ki, təbii elektrik itələmələrini dəf edərək tək, daha sabit bir varlığa birləşirlər.
Ətraf Mühitə Təsir və Tullantılar
Parçalanma elektrik stansiyaları yüksək radioaktivliyə malik olduqları üçün minilliklər boyu təhlükəsiz şəkildə saxlanılmalı olan işlənmiş yanacaq çubuqları istehsal edir. Bunun əksinə olaraq, termoyadro sintezi yaşıl enerjinin "müqəddəs qraalı" hesab olunur, çünki onun əsas yan məhsulu heliumdur. Termoyadro reaktorunun quruluşu zamanla bir qədər radioaktivləşə bilsə də, tullantılar parçalanma yan məhsullarından daha qısa ömürlü və daha az təhlükəlidir.
Yanacaq Qıtlığı və Əlçatanlıq
Parçalanma üçün uran, çıxarılmalı və diqqətlə zənginləşdirilməli olan məhdud bir mənbədir ki, bu da bahalı və enerji tələb edən bir prosesdir. Füzyon yanacağı, xüsusən də Deuterium adi dəniz suyundan, Tritium isə litiumdan "yetişdirilə" bilər. Bu, texnologiya inkişaf edərsə, füzyon üçün potensial yanacaq tədarükünü demək olar ki, tükənməz edir və milyonlarla il davam edir.
Nəzarət və Təhlükəsizlik Standartları
Parçalanma reaktoru qaçış reaksiyasının qarşısını almaq üçün "kritik kütlə" və neytronların diqqətlə moderasiyası tələb edir. Soyutma sistemləri sıradan çıxarsa, yanacaq öz saxlama yerində əriyəcək qədər isti qala bilər. Füzyon reaktorları isə bunun əksidir; onların işləməsini davam etdirmək olduqca çətindir. Sistemin hər hansı bir hissəsi sıradan çıxarsa və ya plazma pozularsa, temperatur dərhal aşağı düşür və reaksiya sadəcə olaraq sönür, bu da genişmiqyaslı əriməni fiziki olaraq qeyri-mümkün edir.
Üstünlüklər və Eksikliklər
Nüvə parçalanması
Üstünlüklər
+Sübut olunmuş texnologiya
+Etibarlı 24/7 enerji
+Aşağı karbon emissiyaları
+Qurulmuş infrastruktur
Saxlayıcı
−Radioaktiv tullantılar
−Mədən təsirləri
−Qəza riski
−Nüvə yayılmasının qarşısının alınması ilə bağlı narahatlıqlar
Nüvə Füzyonu
Üstünlüklər
+Limitsiz yanacaq təchizatı
+Uzunmüddətli tullantı yoxdur
+Daxili təhlükəsizlik
+Ən yüksək enerji sıxlığı
Saxlayıcı
−Hələ ki, kommersiya baxımından sərfəli deyil
−Həddindən artıq istilik tələbləri
−Çox yüksək tədqiqat xərcləri
−Kompleks mühəndislik
Yaygın yanlış anlaşılmalar
Əfsanə
Bir termoyadro reaktoru hidrogen bombası kimi partlaya bilər.
Həqiqət
Bu, ümumi bir qorxudur, lakin termoyadro reaktorları istənilən vaxt çox az yanacaq ehtiva edir. Nasazlıq baş verərsə, plazma genişlənir və soyuyur və reaksiyanı dərhal dayandırır. Fiziki olaraq qaçaq partlayışa qadir deyil.
Əfsanə
Nüvə enerjisi enerjinin ən təhlükəli formasıdır.
Həqiqət
Statistik olaraq, nüvə enerjisi (parçalanma), hətta böyük qəzalar nəzərə alındıqda belə, istehsal olunan teravatt-saat enerjiyə görə ən az ölümə səbəb olur. Əslində, əmək və çirklənmə ilə əlaqəli ölümlər baxımından kömür, neft və hətta bəzi bərpa olunan enerji qurğularından daha təhlükəsizdir.
Əfsanə
Nüvə tullantıları əbədi olaraq təhlükəli olaraq qalır.
Həqiqət
"Əbədi" ifadəsi şişirtmə olsa da, parçalanma tullantıları təxminən 10.000 ilə 250.000 il arasında radioaktiv qalır. Bununla belə, bu köhnə tullantıları yanacaq kimi "yandıra" bilən və ömrünü və toksikliyini azaldan yeni reaktor dizaynları hazırlanır.
Əfsanə
Füzyon həmişə "30 il uzaqda"dır və heç vaxt baş verməyəcək.
Həqiqət
Bu zarafat on illərdir davam etsə də, bu yaxınlarda "alovlanma"ya - termonüvə reaksiyasının onu başlatmaq üçün istifadə edilən lazerlərdən daha çox enerji istehsal etdiyi nöqtəyə çatdıq. Özəl investisiyalar və superkompüterlər tədqiqatları sürətləndirdikcə zaman xətti daralır.
Tez-tez verilən suallar
Atom bombalarında hansı prosesdən istifadə olunur?
II Dünya Müharibəsində atılan orijinal atom bombalarında nüvə parçalanması, uran və ya plutonium atomlarını parçalamaq üsulu istifadə olunurdu. Müasir termonüvə silahları (hidrogen bombaları) ikinci dərəcəli birləşmə mərhələsini tetiklemek üçün kifayət qədər istilik və təzyiq yaratmaq üçün birincil parçalanma mərhələsindən istifadə edir və bu da onları daha güclü edir.
Niyə birləşmə bu qədər yüksək temperatura ehtiyac duyur?
Atom nüvələri müsbət yüklüdür, buna görə də iki maqnitin eyni ucları kimi təbii olaraq bir-birini itələyirlər. Onların birləşməsi üçün bu "Kulon baryerini" aşmaq üçün inanılmaz dərəcədə sürətlə hərəkət etməlidirlər. Yer kürəsində bunun üçün yanacağın 100 milyon dərəcədən çox temperaturda plazma vəziyyətinə gətirilməsi tələb olunur.
Bölünmədə "zəncirvari reaksiya" nədir?
Uran atomu parçalandıqda iki və ya üç neytron buraxır. Əgər həmin neytronlar yaxınlıqdakı digər uran atomlarına dəyərsə, həmin atomlar da parçalanaraq daha çox neytron buraxır. Elektrik stansiyasında biz sürətlənmək əvəzinə reaksiyanı sabit saxlamaq üçün kifayət qədər neytronu udmaq üçün idarəetmə çubuqlarından istifadə edirik.
Füzyon reaktorlarından çıxan helium atmosfer üçün təhlükə yaradırmı?
Qətiyyən yox. Helium heç nə ilə reaksiyaya girməyən inert, nəcib bir qazdır. Əslində, hazırda Yer kürəsində MRT aparatlarında və elmi tədqiqatlarda istifadə üçün qıt olan dəyərli bir mənbədir. Çirkləndirici deyil, faydalı bir əlavə məhsul olardı.
100 milyon dərəcəlik bir şeyi necə tuta bilərik?
Biz fiziki qablardan istifadə etmirik, çünki onlar dərhal əriyəcəklər. Bunun əvəzinə, elm adamları Tokamak adlı ponçik formalı maşının içərisindəki vakuumda isti plazmanı "asmaq" üçün güclü maqnit sahələrindən istifadə edirlər. Bu, ultra isti materialın divarlara toxunmasının qarşısını alır.
Parçalanma qlobal istiləşməyə töhfə verirmi?
Nüvə parçalanması əməliyyat zamanı CO2 və ya digər istixana qazları əmələ gətirmir. Mədənçilik və tikinti ilə bağlı karbon xərcləri olsa da, külək və günəş enerjisi ilə müqayisə edilə bilən ən aşağı karbonlu enerji mənbələrindən biridir.
Füzyon avtomobilləri və ya təyyarələri hərəkətə gətirmək üçün istifadə edilə bilərmi?
Çox güman ki, birbaşa deyil. Termoyadro reaktorları tələb olunan maqnit və ekranlama səbəbindən nəhəng və mürəkkəb qurğular olacaq. Bununla belə, onlar elektrik avtomobillərini doldurmaq və ya təyyarələr üçün hidrogen yanacağı yaratmaq üçün istifadə edilə bilən çoxlu miqdarda elektrik enerjisi istehsal edə bilərlər.
"Soyuq birləşmə" nədir?
Soyuq sintez otaq temperaturunda və ya ona yaxın temperaturda baş verən hipotetik nüvə reaksiyası növüdür. 1989-cu ildə kəşf edildiyi iddia edilsə də, heç vaxt uğurla təkrarlanmayıb və ya sübut edilməyib və hazırda əsas ictimaiyyət tərəfindən kənar elm kimi qəbul edilir.
Hökm
Nüvə parçalanmasından dərhal və etibarlı, aşağı karbonlu əsas yük enerjisi üçün istifadə edin, çünki bu, yaxşı başa düşdüyümüz sübut olunmuş bir texnologiyadır. Yer üzündə ulduz kimi temperaturun qorunmasının böyük mühəndislik maneələrini dəf edə bilsək, təmiz enerji üçün ən uzunmüddətli həll yolu kimi nüvə birləşməsinə baxın.