.
Nükleer enerjinin kullanımı, lehte ve aleyhte tutkular uyandırır. Yenilenebilirlerle birlikte geleceğin enerji kaynağı olabilecek füzyon üzerine kesin bahisler ve yine yenilenebilirlerle birlikte günümüzün enerji kaynağı olan fisyonla ilgili sert tartışmalar. Melekler ve şeytanların ortak bir kalbi vardır: atomların çekirdeği.
Mevcut nükleer santraller sadece fisyon ile çalışırken, füzyonla elde edilen enerjinin evlerimize girmesine daha onlarca yıl var.
Ama füzyon ve fisyon nedir? Temelleri nelerdir? Neden Demokles’in kılıcını diğerinin üzerinde tutarken birini özlüyoruz?
Her ikisinin de paylaştığı kalp, uçup gidiyor gibi görünen enerjilerin ve kütlelerin bir fiziğidir. Bu paradoks, birbirini iten iki mıknatıs ve mahalle manavında bir öğleden sonra alışverişi ile açıklanabilir.
İnatçı oyun, dahilerin ikilemi
İki mıknatısı aynı işaretin kutuplarından birleştirmeye hepimiz boşuna uğraştık. Ancak, iki ilkel buzdolabı mıknatısının artı kutuplarını birleştiremezsek, protonlar kadar saf pozitif yüklerin atom çekirdeğini birbirlerini itmeden oluşturmaları nasıl mümkün olabilir?
Yalnızca birleşik pozitif yüklerden oluşan çekirdeklerin varlığı o kadar düşünülemezdi ki, 20. yüzyılın başındaki fizikçiler (Einstein, Marie Curie, Bohr, Rutherford ve diğerleri gibi) çekirdeğin aynı zamanda elektronlar (negatif yük) içerdiğini düşünmeye başladılar. ) bu, protonlar arasındaki itmeyi telafi etti. Bu hipotez ciddi problemler taşıyordu, ancak birbirini çeken pozitif küçük toplardan oluşan bir çekirdekten daha az çılgın görünüyordu.
gizemli misafir
Kısa süre sonra çekirdekteki protonların ortaklarının elektronlar değil nötronlar (elektrik yükü olmayan) olduğu doğrulandı. Beklenmedik bir konuk ortaya çıkana kadar işler karmaşıklaştı: güçlü nükleer etkileşim. Bu etkileşim, son derece küçük mesafelerde etki eden ve çekirdeklerde protonları ve nötronları (genel olarak nükleonlar olarak adlandırılır) bir arada tutan çekici bir güçtür. O kadar güçlü ki, protonlar arasındaki zaten güçlü olan itici güce hükmediyor.
Böylece, her çekirdeğin içinde diğerini iptal eden bir dev buluruz.
hesapları alamıyoruz
Bakkala gidip her biri 200 gram olan on portakal alırsak, ağırlık toplam kütle olarak 2.000 gram olacaktır. Ayrıca manav onları bir torbaya koyup basınç altında sıkıştırsa, setin kütlesi yine 2.000 gramdır. Ancak portakal, armut ve karpuzdaki bu bariz sonuç atom çekirdeğinde geçerli değildir.
varsayımsal olarak protoneriaiçin altı proton ve altı nötron satın alırsak inşa etmek bir karbon çekirdeği, durum farklıdır. Kitaplar, kütlelerinin toplamının 12.0096 atomik kütle birimi (u) olduğunu söylüyor; bu, kilogramın çok küçük bir katı. Ancak, ne zaman bizim protonerüs güvenilir bir şekilde arka odaya gidin ve dağ çekirdek, 12.0000 u’luk, yani olması gerekenden 0.0096 u daha az bir kütle kümesiyle çıkacaktır. Kilo olarak ifade edersek önünde 28 sıfır olan bir 1.6.
Kaybolmayan enerji
Bu gerçek evrenseldir: çekirdeklerin kütlesi, ayrı bileşenlerinden daha azdır. İkisi arasındaki farka kütle kusuru denir. Ancak bu kayıp neden kaynaklanıyor? Tüm elementler için aynı mı? Protoner bizi aldatıyor mu?
Tabii ki değil. Olan şu ki, eğer elektriksel itme aşılırsa, güçlü nükleer etkileşim birkaç nükleonu çeker ve bunlar düşmek bir çekirdekte birleşerek enerji açığa çıkar.
Bu şaşırtıcı değil: meyve kasesi, yerçekimi gibi başka bir çekici kuvvet nedeniyle bir portakalı düşürdüğünde, yere çarptığında ısı ve ses şeklinde de enerji açığa çıkar.
Farklı elementlerin çekirdekleri farklı büyüklükte ve nükleon sayısına sahip olduğundan, her birini diğerlerine bağlayan enerji elemente göre değişir. Bu nedenle, demir çekirdeğinden bir proton çıkarmak için uranyum çekirdeğinden daha fazla enerjiye ihtiyacımız var, bu yüzden ilki ikincisinden çok daha kararlı.
Şimdi Einstein’ın ünlü denklemi E=mc2’ye göre kütle ve enerji aynı şeydir. Bu, protondaki karbon çekirdeğini satın alırken gördüğümüz gibi, enerjinin salınmasının aynı zamanda kütlede bir azalmaya dönüştüğü anlamına gelir.
Bazı futbol yıldızlarından daha fazla forma satan bu denklem başka birçok şey söylüyor ve nükleer enerjiden farklı bir bağlamda tasarlandı, ama bu başka bir hikaye.
Gizem çözüldü: protonero bizi pişmanlıkla aldatmadı. Aslında, eksik olan kütle-enerji nükleonların birleşmesi ile açığa çıkmıştır.
Nükleer santralde: fisyonun anahtarı
Nükleer santrallerde uranyum veya plütonyum çekirdeklerini üzerlerine nötron atarak kırarlar (fisyon) ve çeşitli reaksiyonlar meydana gelebilir. Birinde baryum çekirdeği, diğerinde kripton, 3 nötron ve elektromanyetik radyasyon üretilir.
İşlemin kütle kusuru negatiftir ve ürünlerin hareketi ve radyasyon şeklinde enerji açığa çıkar. Bu enerji suyu ısıtmak, buharlaştırmak ve elektrik akımı üreten bir türbini hareket ettirmek için kullanılır.
Başka bir deyişle, farklı parçalanan çekirdeklerin kütle kusuruna ayrılmaz bir şekilde bağlı olan enerji, termal ve elektrik enerjisi üretmek için kullanılır. Nükleer santrallerin çalışma prensibi budur. Ne fazla ne az.
Fisyon mu füzyon mu? bir harfin ötesindeki fark
Büyük, kararsız çekirdeklerin kütle kusuru, nükleer fisyon olarak bilinen bir süreç olan, parçalandıklarında bir enerji salınımı anlamına gelir. İspanya’nın enerjisinin %20’sinden fazlasını üreten nükleer santraller buna dayalıdır.
Ancak onları kırmak yerine hidrojen gibi küçük çekirdekleri birleştirirsek de enerji elde edebiliriz. Nükleer füzyon adı verilen bu süreç bize bol miktarda, kolayca elde edilen elementlerden ve pratik olarak zararsız kalıntılardan enerji sağlamalıdır.
Füzyonla ilgili sorun, onu kontrol etmenin olağanüstü teknik karmaşıklığında yatmaktadır, çünkü 100 milyon santigrat derece mertebesinde sıcaklıklara ulaşabilen ve son derece yüksek radyasyon seviyelerine dayanabilen reaktörler gerektirir. Bugün mümkün değil.
Açıklayıcı veriler olarak, geçen yüzyılın 1930’larında füzyon ve fisyon tanımlandı. 10 yıldan daha kısa bir sürede bir reaktörde fisyonu kontrol etmek mümkün oldu ve 20 yıldan önce ilk nükleer santralde kullanıldı. Öte yandan, 100 yıl sonra ilk füzyon tesisi hala çalışmayacaktır.
Bir öğleden sonra alışveriş, atom çekirdeğinin kalbindeki ilişkileri olan fisyon ve füzyonun arkasında ne olduğunu gösterebilir. Bir harf değişikliğinde bugün ve gelecek.
.
