Branduolio dalijimosi reakcija vyksta, kai nestabilaus elemento atomai bombarduojami neutronais, kiekvieno atomo branduolį padalijant į mažesnes dalis. Jei padalijus kiekvieną branduolį išsiskiria keli greitaeigiai neutronai, kurie gali padalinti daugiau elemento branduolių, įvyksta grandininė reakcija. Papildomiems neutronams skaidant daugiau branduolių, išsiskiria daugiau energijos ir grandinės reakcija gali sukelti tokį sprogimą kaip branduolinė bomba. Jei grandininė reakcija valdoma pašalinant kai kuriuos papildomus neutronus, energija vis tiek išsiskiria šilumos pavidalu, tačiau galima išvengti sprogimo. Branduolinė grandininė reakcija yra viena iš trijų branduolinių reakcijų rūšių, kurios turi skirtingas charakteristikas ir gali būti naudojamos įvairiai.
TL; DR (per ilgai; Neskaiciau)
Branduolinė grandininė reakcija yra dalijimosi reakcija, išskirianti papildomus neutronus. Neutronai skaido papildomus atomus, išskirdami dar daugiau neutronų. Kai išskiriamų neutronų skaičius ir dalijamų atomų skaičius auga eksponentiškai, gali įvykti branduolinis sprogimas.
Trys branduolinių reakcijų tipai
Atomo branduolys kaupia daug energijos, kuri gali būti naudinga. Trys branduolinių reakcijų, naudojančių branduolinę energiją, rūšys yra radiacija, dalijimasis ir sintezė. Medicinos ir pramonės rentgeno aparatai naudoja radioaktyviųjų elementų spinduliuotę, kad sukurtų kūno vaizdus arba bandytų medžiagas. Elektrinės ir branduoliniai ginklai energijai gaminti naudoja branduolio dalijimąsi. Branduolių sintezė valdo saulę, tačiau mokslininkams nepavyko sukurti ilgalaikės branduolių sintezės reakcijos Žemėje, nors pastangos tęsiasi. Iš šių trijų tipų branduolinių reakcijų grandinės reakciją gali sukelti tik dalijimasis.
Kaip prasideda branduolinės grandinės reakcija
Branduolinės grandinės reakcijos raktas yra užtikrinti, kad reakcija generuotų papildomus neutronus ir kad neutronai padalintų daugiau atomų. Kadangi elementas uranas-235 gamina kelis neutronus kiekvienam suskaidytam atomui, šis urano izotopas naudojamas atominiuose reaktoriuose ir branduoliniuose ginkluose.
Urano forma ir masė priklauso nuo to, ar gali įvykti grandininė reakcija. Jei urano masė yra per maža, per daug neutronų išsiskiria už urano ribų ir praranda reakciją. Jei uranas yra netinkamos formos, pavyzdžiui, plokščias lakštas, prarandama per daug neutronų. Ideali forma yra vientisa masė, pakankamai didelė, kad prasidėtų grandininė reakcija. Šiuo atveju papildomi neutronai pataiko į kitus atomus, o dauginimo efektas sukelia grandininę reakciją.
Branduolinės grandinės reakcijos valdymas arba sustabdymas
Vienintelis būdas kontroliuoti ar sustabdyti branduolinės grandinės reakciją yra sustabdyti neutronų skaidymąsi daugiau atomų. Valdymo strypai, pagaminti iš neutronus sugeriančio elemento, pavyzdžiui, boro, sumažina laisvųjų neutronų skaičių ir pašalina juos iš reakcijos. Šis metodas naudojamas kontroliuoti reaktoriaus pagamintą energijos kiekį ir užtikrinti, kad branduolinė reakcija liktų kontroliuojama.
Atominėje elektrinėje valdymo strypai pakeliami ir nuleidžiami į urano kurą. Visiškai nuleidus visas lazdeles supa kuras ir sugeria didžiąją dalį neutronų. Tokiu atveju grandininė reakcija sustoja. Kai strypai yra pakeliami, mažiau kiekvieno strypo sugeria neutronus, o grandinės reakcija paspartėja. Tokiu būdu atominės elektrinės operatoriai gali kontroliuoti ir sustabdyti branduolinės grandinės reakciją.
Branduolinės grandinės reakcijos problemos
Nors branduolinės grandinės reakcijos viso pasaulio jėgainėse teikia daug elektros energijos, atominės elektrinės turi dvi pagrindines problemas. Pirma, visada yra rizika, kad valdymo strypais paremta valdymo sistema neveiks dėl techninių gedimų, žmogiškų klaidų ar sabotažo. Tokiu atveju gali įvykti sprogimas arba radiacijos išsiskyrimas. Antra, panaudotas kuras yra labai radioaktyvus ir turi būti saugiai saugomas tūkstančius metų. Ši problema vis dar neišspręsta, o daugelyje atvejų panaudotas kuras lieka įvairiose atominėse elektrinėse. Todėl praktinis branduolinės grandinės reakcijos panaudojimas sumažėjo daugelyje šalių, taip pat ir JAV.
