Какво е ядрена верижна реакция?

Реакция на ядрено делене протича, когато атомите на нестабилен елемент се бомбардират с неутрони, разделяйки ядрото на всеки атом на по-малки части. Ако разделянето на всяко ядро ​​освобождава няколко високоскоростни неутрона, които след това могат да разделят повече от ядрата на елемента, се осъществява верижна реакция. Тъй като допълнителните неутрони разделят повече ядра, се отделя повече енергия и верижната реакция може да доведе до експлозия като тази на ядрена бомба. Ако верижната реакция се контролира чрез отстраняване на част от излишните неутрони, енергията все още се отделя под формата на топлина, но може да се избегне експлозия. Ядрената верижна реакция е един от трите вида ядрени реакции, които имат различни характеристики и могат да се използват по различни начини.

TL; DR (твърде дълго; Не прочетох)

Ядрената верижна реакция е реакция на делене, която освобождава допълнителни неутрони. Неутроните разделят допълнителни атоми, освобождавайки още повече неутрони. Тъй като броят на излъчените неутрони и броят на разделените атоми нараства експоненциално, може да се получи ядрена експлозия.

Ядрото на атома съхранява много енергия, която може да служи за полезни цели. Трите вида ядрени реакции, които използват ядрена енергия, са радиация, делене и синтез. Медицинските и индустриални рентгенови апарати използват радиация от радиоактивни елементи за създаване на образи на тялото или за тестване на материали. Електроцентралите и ядрените оръжия използват ядрено делене за производство на енергия. Ядреният синтез захранва слънцето, но учените не са успели да създадат дългосрочна реакция на ядрен синтез на Земята, въпреки че усилията продължават. От тези три вида ядрени реакции само деленето може да създаде верижна реакция.

Ключът към ядрената верижна реакция е да се гарантира, че реакцията генерира допълнителни неутрони и че неутроните разделят повече атоми. Тъй като елементът уран-235 произвежда няколко неутрона за всеки разделен атом, този изотоп на уран се използва в ядрени енергийни реактори и в ядрени оръжия.

Формата и масата на урана влияят върху това дали може да се осъществи верижна реакция. Ако масата на урана е твърде малка, твърде много от неутроните се излъчват извън урана и се губят в реакцията. Ако уранът е с неправилна форма, например плосък лист, също се губят твърде много неутрони. Идеалната форма е твърда маса, достатъчно голяма, за да започне верижната реакция. В този случай допълнителните неутрони удрят други атоми и ефектът на размножаване води до верижната реакция.

Единственият начин да се контролира или спре ядрената верижна реакция е да се спре неутроните да разделят повече атоми. Контролните пръчки, направени от абсорбиращ неутрон елемент като бор, намаляват броя на свободните неутрони и ги извеждат от реакцията. Този метод се използва за контрол на количеството енергия, произведено от реактор, и за да се гарантира, че ядрената реакция остава под контрол.

В атомната електроцентрала контролните пръти се повдигат и спускат в урановото гориво. Когато бъдат напълно спуснати, всички пръчки са заобиколени от гориво и поглъщат по-голямата част от неутроните. В този случай верижната реакция спира. Докато пръчките се повдигат, по-малко от всеки прът поглъща неутрони и верижната реакция се ускорява. По този начин операторите на атомната електроцентрала могат да контролират и спират ядрената верижна реакция.

Въпреки че ядрените верижни реакции в централите по света доставят значителни количества електроенергия, атомните централи имат два основни проблема. Първо, винаги съществува риск системата за управление, базирана на контролни пръти, да не работи поради технически неизправности, човешка грешка или саботаж. В този случай може да има експлозия или изпускане на радиация. На второ място, използваното гориво е силно радиоактивно и трябва да се съхранява безопасно в продължение на хиляди години. Този проблем все още не е решен и в повечето случаи използваното гориво остава в различни атомни електроцентрали. В резултат на това практическите приложения на ядрените верижни реакции са намалели в много страни, включително в САЩ.