Fysik

Kärnenergi


Bland de viktigaste formerna för elproduktion i världen står kärnkraften för cirka 16% av denna el. Men det finns vissa länder som är mer beroende av kärnkraft: medan i Brasilien, till exempel, endast 3% av den elektricitet som används produceras av kärnkraftverk, i Frankrike 78% av elen som produceras av dem (data från 2008).

I USA finns det mer än 100 kärnkraftverk, även om vissa stater använder denna typ av energi mer än andra; medan vi i Brasilien bara har två i drift: Angra 1 och Angra 2, med en tredje (Angra 3) installerad, alla beståndsdelar i Almirante Álvaro Alberto Kärnkraftverk.

Huvudfrågan är: hur kärnkraftverk fungerar?

För det första är det viktigt att definiera vad kärnkraften är. Det är den energi som frigörs vid omvandlingen av atomkärnor. I grund och botten, vad som händer är omvandlingen av en atomkärna till flera andra lättare kärnor, eller isotoper av samma element.

den kärnklyvning, reaktioner som består av att bryta en tyngre kärna till mindre och lättare efter en neutronkollision i den initiala kärnan, är grunden för energiproduktion i kärnkraftverk.

Eftersom uran är ett allmänt tillgängligt element på jorden, är det den viktigaste resursen som används i kärnreaktionerna i dessa växter. Uran 238 (U-238), till exempel, som har en halveringstid på 4,5 miljarder år, utgör 99% av planetens uran; uran 235 (U-235) utgör endast 0,7% av det resterande uranet och uran 234 (U-234), ännu sällsyntare, bildas av förfallet av U-238.

Även om det är mindre rikligt har U-235 en intressant egenskap som gör den användbar för både energiproduktion och kärnbompproduktion: den sönderfaller naturligtvis, som U-238, genom alfastrålning och också spontant sprickor i en liten tidsintervall. U-235 är emellertid ett element som kan drabbas inducerad klyvningvilket innebär att om en fri neutron passerar sin kärna, kommer den att absorberas omedelbart, bli instabil och delas upp.

Tänk då på en neutron som närmar sig en kärna av U-235. När neutronen fångas delas kärnan upp i två lättare atomer och kastar två till tre neutroner - detta antal beror på hur uran har delats. De två nybildade atomerna avger gammastrålning beroende på hur de passar in i sina nya tillstånd.

Sannolikheten för inducerad fission som inträffar på en U-235-atom är mycket hög: i en korrekt fungerande reaktor orsakar varje utkastad neutron en ny fission. Dessutom sker fångning av neutroner och efterföljande kärndelning mycket snabbt med intervall på 10-12s. För att inte tala om att en enda kärna, genom splittring, släpper en enorm mängd energi, både i form av värme och gammastrålning. Denna energiproduktion styrs av den välkända ekvationen. E = mc2, på grund av massskillnaden mellan fissionprodukterna och den ursprungliga atomen.

För att ett uranprov ska ha ovanstående egenskaper måste det berikas att det innehåller 2% till 3% mer än U-235. Anrikningen med 3% är tillräcklig för användning i en kärnreaktor som arbetar inom energiproduktion.