ಪರಮಾಣು ಶಕ್ತಿಯ ಭೌತಿಕ ಪರಿಕಲ್ಪನೆ
ಆಧುನಿಕ ನಾಗರಿಕತೆಯಲ್ಲಿ ಪರಮಾಣು ಶಕ್ತಿಯು ಅತ್ಯಂತ ಶಕ್ತಿಶಾಲಿ ಮತ್ತು ವಿವಾದಾತ್ಮಕ ಇಂಧನ ಮೂಲಗಳಲ್ಲಿ ಒಂದಾಗಿದೆ. ಒಂದೆಡೆ, ಇದು ಕಡಿಮೆ ಇಂಗಾಲದ ಹೊರಸೂಸುವಿಕೆಯೊಂದಿಗೆ ಅಪಾರ ಪ್ರಮಾಣದ ವಿದ್ಯುತ್ ಉತ್ಪಾದಿಸಬಹುದು. ಮತ್ತೊಂದೆಡೆ, ಪರಮಾಣು ಶಕ್ತಿಯು ರಿಯಾಕ್ಟರ್ ಸುರಕ್ಷತೆ, ವಿಕಿರಣಶೀಲ ತ್ಯಾಜ್ಯ ಮತ್ತು ಶಸ್ತ್ರಾಸ್ತ್ರಗಳ ಪ್ರಸರಣದ ಅಪಾಯದ ಬಗ್ಗೆ ಕಳವಳವನ್ನು ಹುಟ್ಟುಹಾಕುತ್ತದೆ. ಪರಮಾಣು ಶಕ್ತಿಯು ಏಕೆ ಪ್ರಬಲವಾಗಿದೆ ಮತ್ತು ಅದನ್ನು ಹೇಗೆ ಬಳಸಿಕೊಳ್ಳಬಹುದು ಎಂಬುದನ್ನು ಅರ್ಥಮಾಡಿಕೊಳ್ಳಲು, ನಾವು ಆಧಾರವಾಗಿರುವ ಭೌತಿಕ ಪರಿಕಲ್ಪನೆಗಳನ್ನು ಪರಿಶೀಲಿಸಬೇಕಾಗಿದೆ: ಪರಮಾಣು ನ್ಯೂಕ್ಲಿಯಸ್ನ ರಚನೆ, ಪರಮಾಣು ಶಕ್ತಿಗಳು, ಬಂಧಿಸುವ ಶಕ್ತಿ, ವಿಕಿರಣಶೀಲತೆ ಮತ್ತು ದ್ರವ್ಯರಾಶಿಯನ್ನು ಶಕ್ತಿಯನ್ನಾಗಿ ಪರಿವರ್ತಿಸುವ ವಿದಳನ ಮತ್ತು ಸಮ್ಮಿಳನ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಗಳು.
ಪರಮಾಣು ರಚನೆ ಮತ್ತು ನ್ಯೂಕ್ಲಿಯಸ್
ಪರಮಾಣುಗಳು ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ಗಳ ಮೋಡದಿಂದ ಸುತ್ತುವರೆದಿರುವ ಸಣ್ಣ, ದಟ್ಟವಾದ ನ್ಯೂಕ್ಲಿಯಸ್ ಅನ್ನು ಒಳಗೊಂಡಿರುತ್ತವೆ. ನ್ಯೂಕ್ಲಿಯಸ್ ಧನಾತ್ಮಕ ಆವೇಶದ ಪ್ರೋಟಾನ್ಗಳು ಮತ್ತು ತಟಸ್ಥ ನ್ಯೂಟ್ರಾನ್ಗಳನ್ನು ಹೊಂದಿರುತ್ತದೆ. ಪರಮಾಣುವಿನ ಬಹುತೇಕ ಎಲ್ಲಾ ದ್ರವ್ಯರಾಶಿಯು ನ್ಯೂಕ್ಲಿಯಸ್ನಲ್ಲಿ ಕೇಂದ್ರೀಕೃತವಾಗಿರುತ್ತದೆ, ಇದು ಅದನ್ನು ಒಂದು ಬೃಹತ್ ಶಕ್ತಿಯ ಜಲಾಶಯವನ್ನಾಗಿ ಮಾಡುತ್ತದೆ. ನ್ಯೂಕ್ಲಿಯಸ್ ಒಟ್ಟಾರೆಯಾಗಿ ಪರಮಾಣುವಿಗಿಂತ ಸರಿಸುಮಾರು 10.000 ಪಟ್ಟು ಚಿಕ್ಕದಾಗಿದೆ, ಆದರೂ ಅದರ ದ್ರವ್ಯರಾಶಿಯು ಪರಮಾಣುವಿನ ಒಟ್ಟು ದ್ರವ್ಯರಾಶಿಯ 99,9% ಕ್ಕಿಂತ ಹೆಚ್ಚು.
ಕುತೂಹಲಕಾರಿಯಾಗಿ, ಒಂದೇ ರೀತಿಯ ಧನಾತ್ಮಕ ಆವೇಶವನ್ನು ಹೊಂದಿರುವ ಪ್ರೋಟಾನ್ಗಳು ವಿದ್ಯುತ್ಕಾಂತೀಯ ಬಲದಿಂದಾಗಿ ಪರಸ್ಪರ ಹಿಮ್ಮೆಟ್ಟಿಸಬೇಕು. ಆದಾಗ್ಯೂ, ಬಲವಾದ ಪರಮಾಣು ಬಲದಿಂದಾಗಿ ನ್ಯೂಕ್ಲಿಯಸ್ ಸ್ಥಿರವಾಗಿರುತ್ತದೆ, ಇದು ಬಹಳ ಕಡಿಮೆ ಅಂತರದಲ್ಲಿ ಕಾರ್ಯನಿರ್ವಹಿಸುವ ಮೂಲಭೂತ ಶಕ್ತಿಯಾಗಿದೆ (ಫೆಮ್ಟೋಮೀಟರ್ನ ಕ್ರಮದಲ್ಲಿ, 10⁻¹⁵ ಮೀ) ಆದರೆ ಆ ದೂರದಲ್ಲಿರುವ ವಿದ್ಯುತ್ಕಾಂತೀಯ ಬಲಕ್ಕಿಂತ ಹೆಚ್ಚು ಬಲವಾಗಿರುತ್ತದೆ. ಈ ಬಲವಾದ ಪರಮಾಣು ಬಲವು ಪ್ರೋಟಾನ್ಗಳು ಮತ್ತು ನ್ಯೂಟ್ರಾನ್ಗಳನ್ನು ನ್ಯೂಕ್ಲಿಯಸ್ಗೆ "ಅಂಟಿಸುತ್ತದೆ".
ಬಂಧಿಸುವ ಶಕ್ತಿ ಮತ್ತು ಸಾಮೂಹಿಕ ದೋಷ
ಪರಮಾಣು ಸ್ಥಿರತೆಯು ಬಂಧಿಸುವ ಶಕ್ತಿಯ ಪರಿಕಲ್ಪನೆಗೆ ಸಂಬಂಧಿಸಿದೆ, ಇದು ನ್ಯೂಕ್ಲಿಯಸ್ ಅನ್ನು ಅದರ ಘಟಕ ಪ್ರೋಟಾನ್ಗಳು ಮತ್ತು ನ್ಯೂಟ್ರಾನ್ಗಳಾಗಿ ಬೇರ್ಪಡಿಸಲು ಅಗತ್ಯವಿರುವ ಶಕ್ತಿಯಾಗಿದೆ. ಭೌತಿಕವಾಗಿ, ಬಂಧಿಸುವ ಶಕ್ತಿಯು ಉದ್ಭವಿಸುತ್ತದೆ ಏಕೆಂದರೆ ನ್ಯೂಕ್ಲಿಯೋನ್ಗಳು (ಪ್ರೋಟಾನ್ಗಳು ಮತ್ತು ನ್ಯೂಟ್ರಾನ್ಗಳು) ನ್ಯೂಕ್ಲಿಯಸ್ ಅನ್ನು ರೂಪಿಸಲು ಸೇರಿಕೊಂಡಾಗ, ಪರಿಣಾಮವಾಗಿ ಬರುವ ನ್ಯೂಕ್ಲಿಯಸ್ನ ಒಟ್ಟು ದ್ರವ್ಯರಾಶಿಯು ಪ್ರತ್ಯೇಕ ನ್ಯೂಕ್ಲಿಯೋನ್ಗಳ ದ್ರವ್ಯರಾಶಿಗಳ ಮೊತ್ತಕ್ಕಿಂತ ಸ್ವಲ್ಪ ಕಡಿಮೆ ಇರುತ್ತದೆ. ದ್ರವ್ಯರಾಶಿಯಲ್ಲಿನ ಈ ವ್ಯತ್ಯಾಸವನ್ನು ದ್ರವ್ಯರಾಶಿ ದೋಷ ಎಂದು ಕರೆಯಲಾಗುತ್ತದೆ.
ಐನ್ಸ್ಟೈನ್ನ ಪ್ರಸಿದ್ಧ ಸಮೀಕರಣದ ಮೂಲಕ ದ್ರವ್ಯರಾಶಿ ದೋಷವು ಶಕ್ತಿಗೆ ನೇರವಾಗಿ ಸಂಬಂಧಿಸಿದೆ:
E=m²
ಬೆಳಕಿನ ವೇಗ (c) ತುಂಬಾ ದೊಡ್ಡದಾಗಿರುವುದರಿಂದ, ಬಹಳ ಸಣ್ಣ ದ್ರವ್ಯರಾಶಿ ದೋಷವೂ ಸಹ ಅಗಾಧ ಪ್ರಮಾಣದ ಶಕ್ತಿಯನ್ನು ಉತ್ಪಾದಿಸುತ್ತದೆ. ಪರಮಾಣು ಪ್ರತಿಕ್ರಿಯೆಗಳು ರಾಸಾಯನಿಕ ಕ್ರಿಯೆಗಳಿಗಿಂತ (ದಹನದಂತಹ) ಹೆಚ್ಚಿನ ಶಕ್ತಿಯನ್ನು ಉತ್ಪಾದಿಸಲು ಇದು ಮುಖ್ಯ ಕಾರಣವಾಗಿದೆ. ರಾಸಾಯನಿಕ ಕ್ರಿಯೆಗಳಲ್ಲಿ, ಪ್ರಾಥಮಿಕವಾಗಿ ಬದಲಾವಣೆಗಳು ಪರಮಾಣುಗಳ ನಡುವಿನ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ಬಂಧಗಳಾಗಿವೆ; ಆದರೆ ಪರಮಾಣು ಪ್ರತಿಕ್ರಿಯೆಗಳಲ್ಲಿ, ಬದಲಾವಣೆಗಳು ಬೀಜಕಣಗಳ ರಚನೆಯಾಗಿದೆ.
ವಿಕಿರಣಶೀಲತೆ: ಪರಮಾಣು ಕೊಳೆತ
ಎಲ್ಲಾ ಪರಮಾಣು ನ್ಯೂಕ್ಲಿಯಸ್ಗಳು ಸ್ಥಿರವಾಗಿರುವುದಿಲ್ಲ. ಅಸ್ಥಿರ ನ್ಯೂಕ್ಲಿಯಸ್ಗಳು ಹೆಚ್ಚು ಸ್ಥಿರ ಸ್ಥಿತಿಯನ್ನು ತಲುಪಲು ವಿಕಿರಣಶೀಲ ಕೊಳೆಯುವಿಕೆಗೆ ಒಳಗಾಗುತ್ತವೆ. ಈ ಕೊಳೆಯುವಿಕೆ ಈ ಕೆಳಗಿನ ರೂಪಗಳನ್ನು ತೆಗೆದುಕೊಳ್ಳಬಹುದು:
1. ಆಲ್ಫಾ ವಿಕಿರಣ (α): ಹೀಲಿಯಂ ನ್ಯೂಕ್ಲಿಯಸ್ (2 ಪ್ರೋಟಾನ್ಗಳು ಮತ್ತು 2 ನ್ಯೂಟ್ರಾನ್ಗಳು) ಬಿಡುಗಡೆ.
2. ಬೀಟಾ ವಿಕಿರಣ (β): ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ಗಳು ಅಥವಾ ಪಾಸಿಟ್ರಾನ್ಗಳು ಮತ್ತು ನ್ಯೂಟ್ರಿನೊಗಳ ಹೊರಸೂಸುವಿಕೆಯೊಂದಿಗೆ ನ್ಯೂಟ್ರಾನ್ಗಳು ಪ್ರೋಟಾನ್ಗಳಾಗಿ ಬದಲಾಗುವುದು (ಅಥವಾ ಪ್ರತಿಯಾಗಿ).
3. ಗಾಮಾ ವಿಕಿರಣ (γ): ನ್ಯೂಕ್ಲಿಯಸ್ ಕಡಿಮೆ ಶಕ್ತಿಯ ಮಟ್ಟಕ್ಕೆ ಪರಿವರ್ತನೆಯಾಗುವುದರಿಂದ ಉಂಟಾಗುವ ಹೆಚ್ಚಿನ ಶಕ್ತಿಯ ಫೋಟಾನ್ಗಳ ಹೊರಸೂಸುವಿಕೆ.
ಪರಮಾಣು ಶಕ್ತಿಯ ಸಂದರ್ಭದಲ್ಲಿ ವಿಕಿರಣಶೀಲತೆಯು ಮುಖ್ಯವಾಗಿದೆ ಏಕೆಂದರೆ ವಿದಳನ ಉತ್ಪನ್ನಗಳು ಮತ್ತು ಪರಮಾಣು ಇಂಧನವು ಹೆಚ್ಚಾಗಿ ವಿಕಿರಣಶೀಲವಾಗಿರುತ್ತದೆ. ವಿಕಿರಣದ ಪ್ರಕಾರಗಳನ್ನು ಅರ್ಥಮಾಡಿಕೊಳ್ಳುವುದು ಮತ್ತು ಅವುಗಳನ್ನು ಹೇಗೆ ರಕ್ಷಿಸುವುದು ಎಂಬುದು ರಿಯಾಕ್ಟರ್ ಸುರಕ್ಷತೆ ಮತ್ತು ತ್ಯಾಜ್ಯ ನಿರ್ವಹಣೆಗೆ ಮೂಲಭೂತವಾಗಿದೆ.
ಮತ್ತೊಂದು ಪ್ರಮುಖ ಪರಿಕಲ್ಪನೆಯೆಂದರೆ ಅರ್ಧ-ಜೀವಿತಾವಧಿ, ಅಂದರೆ ವಿಕಿರಣಶೀಲ ನ್ಯೂಕ್ಲಿಯಸ್ಗಳ ಸಂಖ್ಯೆ ಅರ್ಧದಷ್ಟು ಕಡಿಮೆಯಾಗಲು ಬೇಕಾದ ಸಮಯ. ಅರ್ಧ-ಜೀವಿತಾವಧಿಯು ಸೆಕೆಂಡಿನ ಭಿನ್ನರಾಶಿಗಳಿಂದ ಲಕ್ಷಾಂತರ ವರ್ಷಗಳವರೆಗೆ ಬದಲಾಗುತ್ತದೆ, ಇದು ವಿಕಿರಣಶೀಲ ತ್ಯಾಜ್ಯ ಸಂಗ್ರಹ ತಂತ್ರಗಳ ಮೇಲೆ ನೇರ ಪರಿಣಾಮ ಬೀರುತ್ತದೆ.
ಪರಮಾಣು ವಿದಳನ: ಪರಮಾಣು ವಿದ್ಯುತ್ ಸ್ಥಾವರಗಳಲ್ಲಿ ಶಕ್ತಿಯ ಮೂಲ
ಹೆಚ್ಚಿನ ಪರಮಾಣು ವಿದ್ಯುತ್ ಸ್ಥಾವರಗಳು (NPP ಗಳು) ಪ್ರಸ್ತುತ ಪರಮಾಣು ವಿದಳನದ ಆಧಾರದ ಮೇಲೆ ಕಾರ್ಯನಿರ್ವಹಿಸುತ್ತವೆ, ಅಂದರೆ ಭಾರವಾದ ನ್ಯೂಕ್ಲಿಯಸ್ಗಳನ್ನು ಹಗುರವಾದವುಗಳಾಗಿ ವಿಭಜಿಸುವುದು. ಸಾಮಾನ್ಯ ಉದಾಹರಣೆಯೆಂದರೆ ಯುರೇನಿಯಂ-235 (U-235) ನ ವಿದಳನ. U-235 ನ್ಯೂಕ್ಲಿಯಸ್ನಿಂದ ನ್ಯೂಟ್ರಾನ್ "ಸೆರೆಹಿಡಿಯಲ್ಪಟ್ಟಾಗ", ನ್ಯೂಕ್ಲಿಯಸ್ ಅಸ್ಥಿರವಾಗುತ್ತದೆ (U-236) ಮತ್ತು ನಂತರ ಎರಡು ವಿದಳನ ತುಣುಕುಗಳಾಗಿ ವಿಭಜನೆಯಾಗುತ್ತದೆ, ಹಲವಾರು ಹೆಚ್ಚುವರಿ ನ್ಯೂಟ್ರಾನ್ಗಳನ್ನು ಹಾಗೂ ತುಣುಕುಗಳ ಚಲನ ಶಕ್ತಿ, ಗಾಮಾ ವಿಕಿರಣ ಮತ್ತು ಶಾಖದ ರೂಪದಲ್ಲಿ ಶಕ್ತಿಯನ್ನು ಬಿಡುಗಡೆ ಮಾಡುತ್ತದೆ.
ಪ್ರತಿ ವಿದಳನ ಘಟನೆಯಲ್ಲಿ ಬಿಡುಗಡೆಯಾಗುವ ಶಕ್ತಿಯು 200 MeV (ಮೆಗಾ-ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ವೋಲ್ಟ್ಗಳು) ಕ್ರಮದಲ್ಲಿದೆ. ರಾಸಾಯನಿಕ ಕ್ರಿಯೆಯ ಶಕ್ತಿಗೆ ಹೋಲಿಸಿದರೆ, ಇದು ಪ್ರತಿ ಅಣುವಿಗೆ ಕೆಲವೇ eV ಗಳಷ್ಟಿರುತ್ತದೆ, ವ್ಯತ್ಯಾಸವು ಅಗಾಧವಾಗಿದೆ.
ಸರಪಳಿ ಪ್ರತಿಕ್ರಿಯೆಗಳು ಮತ್ತು ಗುಣಾಕಾರ ಅಂಶಗಳು
ರಿಯಾಕ್ಟರ್ನಲ್ಲಿ ವಿದಳನವನ್ನು ಬಳಸಿಕೊಳ್ಳುವ ಕೀಲಿಯು ಸರಪಳಿ ಕ್ರಿಯೆಯಾಗಿದೆ. ಒಂದು ವಿದಳನದಿಂದ ಬಿಡುಗಡೆಯಾಗುವ ನ್ಯೂಟ್ರಾನ್ಗಳು ನಂತರದ ವಿದಳನಗಳನ್ನು ಪ್ರಚೋದಿಸಬಹುದು. ಸರಪಳಿ ಕ್ರಿಯೆಯು ಸ್ಥಿರವಾಗಿ ಮುಂದುವರಿಯಲು, ನಂತರದ ವಿದಳನಗಳಿಗೆ ಕಾರಣವಾಗುವ ನ್ಯೂಟ್ರಾನ್ಗಳ ಸಂಖ್ಯೆಯನ್ನು "ಸಮತೋಲನಗೊಳಿಸಬೇಕು". ಈ ಪರಿಕಲ್ಪನೆಯನ್ನು ಪರಿಣಾಮಕಾರಿ ಗುಣಾಕಾರ ಅಂಶದಿಂದ (kₑff) ವ್ಯಕ್ತಪಡಿಸಲಾಗುತ್ತದೆ:
– kₑff < 1 : ಪ್ರತಿಕ್ರಿಯೆ ಕಡಿಮೆಯಾಗುತ್ತದೆ (ಸಬ್ಕ್ರಿಟಿಕಲ್) - kₑff = 1 : ಪ್ರತಿಕ್ರಿಯೆ ಸ್ಥಿರವಾಗಿದೆ (ಕ್ಲಿಷ್ಟಕರ) - kₑff > 1 : ಪ್ರತಿಕ್ರಿಯೆ ಹೆಚ್ಚಾಗುತ್ತದೆ (ಸೂಪರ್ಕ್ರಿಟಿಕಲ್)
ಸ್ಥಿರ ಮತ್ತು ನಿಯಂತ್ರಿತ ರೀತಿಯಲ್ಲಿ ಶಾಖವನ್ನು ಉತ್ಪಾದಿಸಲು ವಿದ್ಯುತ್ ರಿಯಾಕ್ಟರ್ಗಳನ್ನು ನಿರ್ಣಾಯಕ ಪರಿಸ್ಥಿತಿಗಳಿಗೆ (kₑff ≈ 1) ಸಾಧ್ಯವಾದಷ್ಟು ಹತ್ತಿರದಲ್ಲಿ ನಿರ್ವಹಿಸಲಾಗುತ್ತದೆ.
ಮಾಡರೇಟರ್, ಕಂಟ್ರೋಲ್ ರಾಡ್ ಮತ್ತು ಕೂಲಂಟ್
ವಿದಳನ ನ್ಯೂಟ್ರಾನ್ಗಳು ಸಾಮಾನ್ಯವಾಗಿ ಹೆಚ್ಚಿನ ಶಕ್ತಿಯ (ವೇಗದ ನ್ಯೂಟ್ರಾನ್ಗಳು) ಆಗಿರುತ್ತವೆ. ಆದಾಗ್ಯೂ, ನಿಧಾನ ನ್ಯೂಟ್ರಾನ್ಗಳಿಗೆ (ಥರ್ಮಲ್ ನ್ಯೂಟ್ರಾನ್ಗಳು) U-235 ವಿದಳನದ ಸಂಭವನೀಯತೆ ಹೆಚ್ಚಾಗಿರುತ್ತದೆ. ಆದ್ದರಿಂದ, ಅನೇಕ ರಿಯಾಕ್ಟರ್ಗಳು ಡಿಕ್ಕಿಗಳ ಮೂಲಕ ನ್ಯೂಟ್ರಾನ್ಗಳನ್ನು ನಿಧಾನಗೊಳಿಸಲು ಮಾಡರೇಟರ್ಗಳನ್ನು (ಉದಾ., ಲಘು ನೀರು, ಭಾರ ನೀರು ಅಥವಾ ಗ್ರ್ಯಾಫೈಟ್) ಬಳಸುತ್ತವೆ.
ನ್ಯೂಟ್ರಾನ್ಗಳ ಸಂಖ್ಯೆಯನ್ನು ನಿಯಂತ್ರಿಸಲು, ರಿಯಾಕ್ಟರ್ಗಳು ಬೋರಾನ್, ಕ್ಯಾಡ್ಮಿಯಮ್ ಅಥವಾ ಹ್ಯಾಫ್ನಿಯಮ್ನಂತಹ ನ್ಯೂಟ್ರಾನ್-ಹೀರಿಕೊಳ್ಳುವ ವಸ್ತುಗಳಿಂದ ಮಾಡಿದ ನಿಯಂತ್ರಣ ರಾಡ್ಗಳನ್ನು ಬಳಸುತ್ತವೆ. ನಿಯಂತ್ರಣ ರಾಡ್ಗಳನ್ನು ಸೇರಿಸುವ ಅಥವಾ ತೆಗೆದುಹಾಕುವ ಮೂಲಕ, ನಿರ್ವಾಹಕರು ವಿದಳನ ಕ್ರಿಯೆಗಳ ದರವನ್ನು ಹೆಚ್ಚಿಸಬಹುದು ಅಥವಾ ಕಡಿಮೆ ಮಾಡಬಹುದು.
ಪರಿಣಾಮವಾಗಿ ಬರುವ ಶಾಖವನ್ನು ನಂತರ ಶೀತಕ - ಸಾಮಾನ್ಯವಾಗಿ ನೀರು - ಶಾಖ ವಿನಿಮಯಕಾರಕಕ್ಕೆ ವರ್ಗಾಯಿಸಲಾಗುತ್ತದೆ, ಇದು ಟರ್ಬೈನ್ ಮತ್ತು ಜನರೇಟರ್ ಅನ್ನು ತಿರುಗಿಸುವ ಉಗಿಯನ್ನು ಉತ್ಪಾದಿಸುತ್ತದೆ. ಕಲ್ಪನಾತ್ಮಕವಾಗಿ, ಟರ್ಬೈನ್-ಜನರೇಟರ್ ವಿಭಾಗವು ಇತರ ಉಷ್ಣ ವಿದ್ಯುತ್ ಸ್ಥಾವರಗಳಿಗೆ ಹೋಲುತ್ತದೆ; ವ್ಯತ್ಯಾಸವು ಶಾಖದ ಮೂಲದಲ್ಲಿದೆ.
ಪರಮಾಣು ಸಮ್ಮಿಳನ: ನಾಕ್ಷತ್ರಿಕ ಶಕ್ತಿ ಮತ್ತು ಭವಿಷ್ಯದ ಭರವಸೆ
ವಿದಳನದ ಜೊತೆಗೆ, ಗಮನಾರ್ಹ ಶಕ್ತಿಯನ್ನು ಉತ್ಪಾದಿಸುವ ಮತ್ತೊಂದು ಪರಮಾಣು ಪ್ರಕ್ರಿಯೆ ಇದೆ: ಪರಮಾಣು ಸಮ್ಮಿಳನ, ಬೆಳಕಿನ ನ್ಯೂಕ್ಲಿಯಸ್ಗಳನ್ನು ಭಾರವಾದವುಗಳಾಗಿ ವಿಲೀನಗೊಳಿಸುವುದು. ಸೂರ್ಯನಲ್ಲಿ, ಹೈಡ್ರೋಜನ್ ಹೀಲಿಯಂ ಅನ್ನು ರೂಪಿಸಲು ಬೆಸೆಯುತ್ತದೆ, ನಕ್ಷತ್ರಗಳನ್ನು ಹೊಳೆಯುವಂತೆ ಮಾಡುವ ಶಕ್ತಿಯನ್ನು ಬಿಡುಗಡೆ ಮಾಡುತ್ತದೆ.
ಭೂಮಿಯ ಮೇಲಿನ ಶಕ್ತಿಗಾಗಿ ಹೆಚ್ಚು ಅಧ್ಯಯನ ಮಾಡಲಾದ ಸಮ್ಮಿಳನ ಕ್ರಿಯೆಯು ಡ್ಯೂಟೇರಿಯಮ್–ಟ್ರಿಟಿಯಮ್ (D–T):
D + T → He-4 + ನ್ಯೂಟ್ರಾನ್ + ಶಕ್ತಿ
ಸಮ್ಮಿಳನವು ಹೆಚ್ಚಿನ ಸಾಮರ್ಥ್ಯವನ್ನು ಹೊಂದಿದೆ ಏಕೆಂದರೆ ಅದರ ಇಂಧನವು ಹೇರಳವಾಗಿದೆ (ಸಮುದ್ರ ನೀರಿನಿಂದ ಡ್ಯೂಟೇರಿಯಮ್) ಮತ್ತು ಇದು ವಿದಳನಕ್ಕಿಂತ ಕಡಿಮೆ ದೀರ್ಘಕಾಲೀನ ವಿಕಿರಣಶೀಲ ತ್ಯಾಜ್ಯವನ್ನು ಉತ್ಪಾದಿಸುತ್ತದೆ. ಆದಾಗ್ಯೂ, ಸವಾಲುಗಳು ಅಗಾಧವಾಗಿವೆ: ಧನಾತ್ಮಕ ಆವೇಶದ ನ್ಯೂಕ್ಲಿಯಸ್ಗಳು ಪರಸ್ಪರ ಹಿಮ್ಮೆಟ್ಟಿಸುತ್ತವೆ, ಕೂಲಂಬ್ ತಡೆಗೋಡೆಯನ್ನು ಜಯಿಸಲು ಕಣಗಳು ಸಾಕಷ್ಟು ಶಕ್ತಿಯನ್ನು ಹೊಂದಲು ಅತ್ಯಂತ ಹೆಚ್ಚಿನ ತಾಪಮಾನಗಳು (ಹತ್ತಾರು ರಿಂದ ನೂರಾರು ಮಿಲಿಯನ್ ಡಿಗ್ರಿಗಳು) ಬೇಕಾಗುತ್ತವೆ. ಯಾವುದೇ ವಸ್ತು ಪಾತ್ರೆಯು ಅಂತಹ ಬಿಸಿ ಪ್ಲಾಸ್ಮಾವನ್ನು ಹೊಂದಿರದ ಕಾರಣ, ಕಾಂತೀಯ ಬಂಧನ (ಟೋಕಮಾಕ್, ಸ್ಟೆಲ್ಲರೇಟರ್) ಅಥವಾ ಜಡತ್ವ ಬಂಧನ (ಅತಿ ಹೆಚ್ಚು-ಶಕ್ತಿಯ ಲೇಸರ್ಗಳು) ಅನ್ನು ಬಳಸಲಾಗುತ್ತದೆ.
ಗಮನಾರ್ಹ ಪ್ರಗತಿ ಸಾಧಿಸಲಾಗಿದ್ದರೂ, ವಾಣಿಜ್ಯ ವಿದ್ಯುತ್ ಉತ್ಪಾದನೆಗೆ ಸಮ್ಮಿಳನವು ಪ್ಲಾಸ್ಮಾ ಸ್ಥಿರತೆ, ನ್ಯೂಟ್ರಾನ್-ನಿರೋಧಕ ವಸ್ತುಗಳು ಮತ್ತು ಒಟ್ಟಾರೆ ವ್ಯವಸ್ಥೆಯ ದಕ್ಷತೆಯಂತಹ ತಾಂತ್ರಿಕ ಸವಾಲುಗಳನ್ನು ಇನ್ನೂ ಎದುರಿಸುತ್ತಿದೆ.
ಪರಮಾಣು ಶಕ್ತಿಯಿಂದ ವಿದ್ಯುತ್ ವರೆಗೆ: ಉಷ್ಣಬಲ ವಿಜ್ಞಾನದ ಅಂಶಗಳು
ಭೌತಿಕವಾಗಿ, ಪರಮಾಣು ವಿದ್ಯುತ್ ಸ್ಥಾವರವು ಒಂದು ಶಾಖ ಎಂಜಿನ್ ಆಗಿದೆ. ವಿದಳನದಿಂದ (ಅಥವಾ, ನಂತರ, ಸಮ್ಮಿಳನ) ಉತ್ಪತ್ತಿಯಾಗುವ ಶಕ್ತಿಯು ಅಂತಿಮವಾಗಿ ಉಷ್ಣ ಶಕ್ತಿಯಾಗಿ ಪರಿವರ್ತನೆಗೊಳ್ಳುತ್ತದೆ. ಈ ಶಾಖವನ್ನು ಟರ್ಬೈನ್ ಅನ್ನು ಪರಿವರ್ತಿಸುವ ಉಗಿಯನ್ನು ಉತ್ಪಾದಿಸಲು ಬಳಸಲಾಗುತ್ತದೆ. ಉಷ್ಣಬಲ ವಿಜ್ಞಾನದ ನಿಯಮಗಳಿಂದಾಗಿ, ಶಾಖವನ್ನು ವಿದ್ಯುತ್ ಆಗಿ ಪರಿವರ್ತಿಸುವ ದಕ್ಷತೆಯು ಶಾಖದ ಮೂಲ ಮತ್ತು ಪರಿಸರದ ನಡುವಿನ ತಾಪಮಾನ ವ್ಯತ್ಯಾಸದಿಂದ ಸೀಮಿತವಾಗಿರುತ್ತದೆ. ಆದ್ದರಿಂದ, ಹೆಚ್ಚಿನ ತಾಪಮಾನದಲ್ಲಿ ಕಾರ್ಯನಿರ್ವಹಿಸುವ ಸಾಮರ್ಥ್ಯವಿರುವ ರಿಯಾಕ್ಟರ್ ವಿನ್ಯಾಸಗಳು ಸಾಮಾನ್ಯವಾಗಿ ಉತ್ತಮ ದಕ್ಷತೆಯನ್ನು ನೀಡುತ್ತವೆ, ಆದರೆ ಹೆಚ್ಚು ಸುಧಾರಿತ ವಸ್ತುಗಳು ಮತ್ತು ಸುರಕ್ಷತಾ ವ್ಯವಸ್ಥೆಗಳ ಅಗತ್ಯವಿರುತ್ತದೆ.
ಸುರಕ್ಷತೆ ಮತ್ತು ವಿಕಿರಣ: ಭೌತಿಕ ದೃಷ್ಟಿಕೋನ
ಪರಮಾಣು ಸುರಕ್ಷತೆಯು ವಿಕಿರಣ ಮತ್ತು ರಿಯಾಕ್ಟರ್ ನಡವಳಿಕೆಯ ತಿಳುವಳಿಕೆಯ ಮೇಲೆ ನಿಂತಿದೆ. ಅಯಾನೀಕರಿಸುವ ವಿಕಿರಣದ ಪ್ರಮಾಣವು ಸಾಕಷ್ಟು ದೊಡ್ಡದಾಗಿದ್ದರೆ ಜೈವಿಕ ಅಂಗಾಂಶಗಳಿಗೆ ಹಾನಿಯಾಗಬಹುದು. ಆದ್ದರಿಂದ, ಪರಮಾಣು ವಿದ್ಯುತ್ ಸ್ಥಾವರಗಳು ರಕ್ಷಣೆಯ ಪದರಗಳನ್ನು ಒಳಗೊಂಡಿರುವ ರಕ್ಷಣಾ-ಆಳ ತತ್ವವನ್ನು ಬಳಸುತ್ತವೆ: ಇಂಧನ ಹೊದಿಕೆ, ರಿಯಾಕ್ಟರ್ ಪಾತ್ರೆ, ತಂಪಾಗಿಸುವ ವ್ಯವಸ್ಥೆ ಮತ್ತು ಧಾರಕ ರಚನೆ. ಭೌತಿಕ ದೃಷ್ಟಿಕೋನದಿಂದ, ಪ್ರತಿಕ್ರಿಯೆಯನ್ನು ನಿಯಂತ್ರಣದಲ್ಲಿಡುವುದು, ಶಾಖವನ್ನು ಸರಿಯಾಗಿ ಹರಡುವುದು ಮತ್ತು ವಿಕಿರಣಶೀಲ ಉತ್ಪನ್ನಗಳನ್ನು ಪ್ರತ್ಯೇಕಿಸುವುದು ಪ್ರಾಥಮಿಕ ಗುರಿಯಾಗಿದೆ.
ಪೆನುಟಪ್
ಪರಮಾಣು ಶಕ್ತಿಯ ಭೌತಿಕ ಪರಿಕಲ್ಪನೆಗಳು ಪರಮಾಣು ಬಂಧಕ ಶಕ್ತಿ, ದ್ರವ್ಯರಾಶಿ ದೋಷ ಮತ್ತು E = mc² ಮೂಲಕ ದ್ರವ್ಯರಾಶಿಯನ್ನು ಶಕ್ತಿಯಾಗಿ ಪರಿವರ್ತಿಸುವುದರ ಮೇಲೆ ಕೇಂದ್ರೀಕೃತವಾಗಿವೆ. ವಿದಳನವು ಭಾರೀ ನ್ಯೂಕ್ಲಿಯಸ್ಗಳ ವಿಭಜನೆ ಮತ್ತು ಮಾಡರೇಟರ್ಗಳು ಮತ್ತು ನಿಯಂತ್ರಣ ರಾಡ್ಗಳೊಂದಿಗೆ ನಿಯಂತ್ರಿತ ಸರಪಳಿ ಕ್ರಿಯೆಯನ್ನು ಬಳಸಿಕೊಳ್ಳುತ್ತದೆ, ಆದರೆ ಸಮ್ಮಿಳನವು ತೀವ್ರ ಪರಿಸ್ಥಿತಿಗಳಲ್ಲಿ ಬೆಳಕಿನ ನ್ಯೂಕ್ಲಿಯಸ್ಗಳನ್ನು ಬೆಸೆಯುವ ಮೂಲಕ ನಾಕ್ಷತ್ರಿಕ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಗಳನ್ನು ಅನುಕರಿಸುತ್ತದೆ. ಎರಡೂ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಗಳು ಪರಮಾಣು ನ್ಯೂಕ್ಲಿಯಸ್ಗಳಲ್ಲಿ ಸಂಗ್ರಹವಾಗಿರುವ ಅಗಾಧ ಶಕ್ತಿಯನ್ನು ಪ್ರದರ್ಶಿಸುತ್ತವೆ. ಈ ಮೂಲಭೂತ ಭೌತಶಾಸ್ತ್ರವನ್ನು ಅರ್ಥಮಾಡಿಕೊಳ್ಳುವುದು ನಿರ್ಣಾಯಕವಾಗಿದೆ ಆದ್ದರಿಂದ ಪರಮಾಣು ಶಕ್ತಿಯ ಬಗ್ಗೆ ಚರ್ಚೆಗಳು ಭಯ ಅಥವಾ ಭರವಸೆಯಿಂದ ಮಾತ್ರ ನಡೆಸಲ್ಪಡುವುದಿಲ್ಲ, ಆದರೆ ತಂತ್ರಜ್ಞಾನವು ಹೇಗೆ ಕಾರ್ಯನಿರ್ವಹಿಸುತ್ತದೆ, ಅದರ ಪ್ರಯೋಜನಗಳು ಮತ್ತು ಜವಾಬ್ದಾರಿಯುತವಾಗಿ ನಿರ್ವಹಿಸಬೇಕಾದ ಅಪಾಯಗಳ ಬಗ್ಗೆ ವೈಜ್ಞಾನಿಕ ಜ್ಞಾನದಿಂದಲೂ ನಡೆಸಲ್ಪಡುತ್ತವೆ.
