BRANDUOLINĖ ENERGIJA

1. BRANDUOLINĖ ENERGIJA Baigti Toliau

2. Sunkiųjų elementų branduolių dalijimasis 1938 m. vokiečių mokslininkai Oto Hanas (1879 – 1968) ir Fricas Štrasmanas, apšaudydami neutronais, atrado naujo tipo branduolinę rekciją – branduolio dalijimąsi. Šioje reakcijoje branduolys skyla į dvi apyliges dalis, vadinamas branduolio skeveldromis. Tarp jų būna daug nestabilių – radioaktyvių – izotopų. Branduoliui dalijantis išsiskiria daug energijos ir išmetami 2 – 3 didelę kinetinę energiją turintys neutronai. Pavyzdžiui urano – 235 branduolys gali pasidalyti šitaip: Dalijasi sunkieji branduoliai. Juose yra daug protonų, ir elektrinė tarpusavio stūma darosi reikšminga. Pataikius į urano branduolį neutronui, šis susižadina, ima virpėti, deformuotis ir suskyla. Svarbiausia yra tai, kad, skylant vienam branduoliui, išsiskiria milžiniška – apie 200 MeV – energija.

3. Išsiskiriant reakcijos metu tokiai energijai, turi susidaryti ir pastebimas masės defektas. Apskaičiavus tiksliai branduolio skeveldrų ir neutronų bendra masė mažesnė už buvusio urano branduolio masę 0,1%. Savaime besiplečianti branduolinė reakcija vadinama grandinine dalijimosi reakcija. Reakcijos pradžiai užtenka tu kelių neutronų, kurie visuomet būna urane dėl savaiminio kai kurių branduolių dalijimosi. Grandininei reakcijai vykti reikalingos tam tikros sąlygos: 1. Gamtiniame urane izotopo koncentracija yra tik 0,7%. Ji turi būti padidinta iki 5 – 20%, žiūrint kokia reaktoriaus konstrukcija. 2. Branduolinio kuro kiekis turi būti ne mažesnis už tam tikrą ribinį. Urano mažiausia būtina masė, vadinama krizine mase, lygi maždaug 50 kg, plutonio – 10kg.

4. Dvi grandininės reakcijos sąlygos Jeigu branduolinio kuro masė staiga pasidaro didesnė už krizinę, grandininė reakcija gali labai sparčiai stiprėti. Staiga išsiskiria milžiniška energija – įvyksta branduolinis sprogimas. Branduolinio kuro krizinę masę galima žymiai sumažinti apsupus branduolinį kurą neutronų reflektoriumi – gerai atspindinčia neutronus medžiaga, pavyzdžiui, grafitu atba beriliu. Tokiu principu susprogdinama atominė bomba.

5. Kaip veikia atominė bomba Sprogus bombai išsilaisvina milžiniška energija, ir aplinkos temperatūra pakyla iki kelių milijonų laipsnių. Sprogimo metu spėja sureaguoti maždaug 5% atominio kuro. Kita jo dalis išsisklaido, užteršdama atmosferą ir žemės paviršių radioaktyviosiomis medžiagomis. Grandininės reakcijos plėtojmąsi galima valdyti – pagreitinti arba sulėtinti, todėl galima pasiekti, kad ji vyktų stabiliai, o ne sprogimu.

6. Branduolinis reaktorius Įrenginys, kuriame vyksta valdoma branduolinė grandininė reakcija vadinamas branduoliniu reaktoriumi. Atominis reaktorius, garo trubina ir elektros generatorius sudaro atominės elektrinės energinę sistemą.

7. Pirmoji pasaulyje atominė elektrinė paleista 1954 m. Obninske (netoli Maskvos). Ignalinos atominėje elektrinėje (AE) sumontuoti du rekatoriai po 1 mln. kW galios. Kiekvienas reaktorius su dviem turbinomis ir dviem 500 000 kW generatoriais sudaro vieną AE bloką. Reakcija, kurios metu du lengvi branduoliai susilieja į naują branduolį, vadinama branduoline sintezės reakcija. Pavyzdžiui, deuterio ir tričio sintezės į helį reakcija vyksta šitaip:

8. Atominės elektrinės schema

9. Termobranduolinė energija Kad vyktų sintezės reakcija, branduoliai turi suartėti iki tokio atstumo, kokiame pradeda veikti branduolinės jėgos, t.y. iki m. Branduolių sintezės reakcijos dar vadinamos termobranduolinėmis reakcijomis. Vandenilinė bomba dar sudaryta iš atominės bombos ir termobranduolinio užtaiso – vandenilio izotopų mišinio. Sprogus atominei bombai susidaro sąlygos vandenilio izotopų sintezei. Vandeniolio izotopų sintezės reakcijos taptų neišsenkamu energijos šaltiniu. Užtenka paminėti, kad susijungus deuteriui, esančiam viename litre paprasto vandens, išsiskirtų tiek pat energijos kaip sudeginus 350 l benzino.