Ny Hevitra Ara-fizikan'ny Angovo Niokleary
Ny angovo nokleary dia iray amin'ireo loharanon-kery mahery vaika sy iadian-kevitra indrindra amin'ny sivilizasiona maoderina. Etsy ankilany, afaka mamokatra herinaratra be dia be miaraka amin'ny famoahana karbônina ambany dia ambany izy io. Etsy ankilany, ny angovo nokleary dia miteraka ahiahy momba ny fiarovana ny reactor, ny fako radioaktifa, ary ny mety hisian'ny fihanaky ny fitaovam-piadiana. Mba hahatakarana ny antony maha-mahery vaika ny angovo nokleary sy ny fomba azo ampiasana azy, dia mila mandinika ireo foto-kevitra ara-batana fototra isika: ny rafitry ny atiny atomika, ny hery nokleary, ny angovo mifamatotra, ny radioactivity, ary ny fizotran'ny fission sy fusion izay mamadika ny faobe ho angovo.
Rafitra Atomika sy Nokleary
Ny atôma dia ahitana atôma kely sy matevina voahodidin'ny rahona elektrôna. Ny atôma dia misy prôtôna misy fiampangana tsara sy neutron tsy miandany. Saika ny lanjan'ny atôma rehetra dia mifantoka ao amin'ny atôma, ka mahatonga azy io ho tahiry angovo goavana. Ny atôma dia kely kokoa in-10.000 eo ho eo noho ny atôma amin'ny ankapobeny, nefa ny lanjany dia mihoatra ny 99,9% amin'ny lanjan'ny atôma manontolo.
Mahaliana fa ny prôtôna, izay manana fiampangana tsara mitovy, dia tokony hifanilika noho ny hery elektromagnetika. Na izany aza, mijanona ho marin-toerana ny atiny noho ny hery nokleary matanjaka, hery fototra izay miasa amin'ny halavirana fohy dia fohy (eo amin'ny filaharan'ny femtometatra, 10⁻¹⁵ m) saingy mahery lavitra noho ny hery elektromagnetika amin'ireo halavirana ireo. Io hery nokleary matanjaka io no "mampiraikitra" ny prôtôna sy ny neutron ao amin'ny atiny.
Angovo mifamatotra sy lesoka amin'ny lanja
Ny fahamarinan'ny nokleary dia mifandray amin'ny foto-kevitry ny angovo mifamatotra, izay ny angovo ilaina hanasarahana ny nokleary ho prôtôna sy neutron. Ara-batana, ny angovo mifamatotra dia mipoitra satria rehefa miray hina ny nokleona (prôtôna sy neutron) mba hamorona nokleona, ny lanjan'ny nokleona vokarina dia kely kokoa noho ny fitambaran'ny lanjan'ny nokleona tsirairay. Io fahasamihafan'ny lanja io dia antsoina hoe tsy fahatomombanan'ny lanja.
Mifandray mivantana amin'ny angovo ny tsy fahatomombanan'ny faobe amin'ny alàlan'ny equation malaza nataon'i Einstein:
E=m²
Satria lehibe dia lehibe ny hafainganam-pandehan'ny hazavana (c), na dia kely dia kely aza ny lesoka dia afaka mamokatra angovo be dia be. Izany no antony lehibe mahatonga ny fihetsika nokleary hamokatra angovo betsaka kokoa noho ny fihetsika simika (toy ny fandoroana). Amin'ny fihetsika simika, ny fifamatoran'ny elektrôna eo amin'ny atôma no miova voalohany indrindra; raha amin'ny fihetsika nokleary kosa, ny firafitry ny atiny mihitsy no miova.
Radioactivity: Fahasimban'ny niokleary
Tsy ny nokleary atomika rehetra no marin-toerana. Ny nokleary tsy marin-toerana dia handalo fahasimbana radioaktifa mba hahatongavana amin'ny toetry ny marin-toerana kokoa. Mety ho toy izao ny endriky ny fahasimbana:
1. Taratra alfa (α): ny famoahana ny atin'ny hélium (prôtôna 2 sy neutronina 2).
2. Taratra Beta (β): ny fiovan'ny neutron ho prôtôna (na ny mifamadika amin'izany) miaraka amin'ny famoahana elektrôna na positron sy neutrino.
3. Taratra gamma (γ): ny famoahana fotona angovo avo lenta vokatry ny fiovan'ny ati-doha ho amin'ny ambaratonga angovo ambany kokoa.
Zava-dehibe ny radioactivity amin'ny sehatry ny angovo nokleary satria matetika radioactive ny vokatra fission sy ny solika nokleary. Ny fahatakarana ny karazana taratra sy ny fomba fiarovana azy ireo dia fototra iorenan'ny fiarovana ny reactor sy ny fitantanana ny fako.
Hevitra manan-danja iray hafa ny antsasaky ny androm-piainana, ny fotoana ilaina mba hihenan'ny isan'ny nokleary radioaktifa ho antsasany. Miovaova manomboka amin'ny ampahany amin'ny segondra ka hatramin'ny an-tapitrisany taona ny antsasaky ny androm-piainana, izay misy fiantraikany mivantana amin'ny paikady fitahirizana fako radioaktifa.
Fission nokleary: Loharanon-angovo ao amin'ny orinasa mpamokatra herinaratra nokleary
Ny ankamaroan'ny toby famokarana herinaratra nokleary (Tobim-pamokarana herinaratra nokleary) amin'izao fotoana izao dia miasa mifototra amin'ny fission nokleary, ny fizarazarana ny nokleary mavesatra ho lasa maivana kokoa. Ny ohatra mahazatra indrindra dia ny fission an'ny oraniôma-235 (U-235). Rehefa "voasambotry" ny nokleary U-235 ny neutron, dia lasa tsy marin-toerana ny nokleary (U-236) ary avy eo dia mizara ho sombin-fission roa, ka mamoaka neutron fanampiny maromaro ary koa angovo amin'ny endrika angovo kinetika, taratra gamma, ary hafanana.
Eo amin'ny 200 MeV (mega-elektronika volts) ny angovo avoaka isaky ny fission. Raha ampitahaina amin'ny angovon'ny fihetsiketsehana simika, izay eV vitsivitsy monja isaky ny molekiola, dia goavana ny fahasamihafana.
Fihetseham-po amin'ny rojo sy anton-javatra fampitomboana
Ny fanalahidin'ny fampiasana fission ao anaty reactor dia ny chain reaction. Ny neutrons avoaka avy amin'ny fission iray dia mety hiteraka fissions manaraka. Mba hahafahan'ny chain reaction mitohy tsy tapaka, ny isan'ny neutrons miteraka fissions manaraka dia tsy maintsy "voalanjalanja". Io hevitra io dia asehon'ny effective multiplication factor (kₑff):
– kₑff < 1 : mihena ny fihetsika (subkritika) - kₑff = 1 : marin-toerana ny fihetsika (kritika) - kₑff > 1 : mitombo ny fihetsika (superkritika)
Ampiasaina akaiky araka izay azo atao amin'ny fepetra sarotra (kₑff ≈ 1) ireo reaktora herinaratra mba hamokarana hafanana amin'ny fomba tsy tapaka sy voafehy.
Mpanelanelana, Mpanaraha-maso, ary Mpanala Ranoka
Mazàna dia manana angovo avo lenta (neutron haingam-pandeha) ny neutron fission. Na izany aza, avo kokoa ny mety hisian'ny fission U-235 ho an'ny neutron miadana (neutron mafana). Noho izany, maro ny reactor mampiasa moderator (ohatra, rano maivana, rano mavesatra, na grafita) mba hampihenana ny neutron amin'ny alàlan'ny fifandonana.
Mba hifehezana ny isan'ny neutron, ny reactor dia mampiasa tsorakazo fanaraha-maso vita amin'ny fitaovana mandray neutron toy ny boron, cadmium, na hafnium. Amin'ny alàlan'ny fampidirana na fanesorana ny tsorakazo fanaraha-maso, ny mpandraharaha dia afaka mampitombo na mampihena ny tahan'ny fission reaction.
Avy eo dia afindran'ny rano mangatsiaka—matetika rano—ny hafanana vokarina mankany amin'ny mpanova hafanana mba hamokarana etona izay mamadika ny turbine sy ny gropy. Amin'ny ankapobeny, ny fizarana turbine-groppy dia mitovy amin'ny toby famokarana herinaratra mafana hafa; ny mahasamihafa azy dia eo amin'ny loharanon'ny hafanana.
Fifangaroana Nokleary: Angovo Kintana sy Fanantenana ho avy
Ankoatra ny fission, misy dingana nokleary iray hafa izay mamokatra angovo be dia be: ny fusion nokleary, ny fampivondronana ny nokleary maivana ho lasa nokleary mavesatra kokoa. Ao amin'ny Masoandro, ny hidrôzenina dia mivaingana mba hamorona hélium, ka mamoaka ny angovo izay mahatonga ny kintana hamirapiratra.
Ny fihetsiky ny fifangaroana izay tena nodinihina indrindra momba ny angovo eto an-tany dia ny deuterium–tritium (D–T):
D + T → He-4 + neutron + angovo
Manana fahafahana lehibe ny fusion satria betsaka ny solika ao aminy (deuterium avy amin'ny ranomasina) ary mety hamokatra fako radioaktifa maharitra kokoa noho ny fission. Na izany aza, goavana ireo fanamby: mifanilika ireo nokleary misy fiampangana tsara, izay mitaky mari-pana avo dia avo (am-polo ka hatramin'ny an-jatony tapitrisa degre) mba hahafahan'ireo poti-javatra manana angovo ampy handresena ny sakana Coulomb. Satria tsy misy fitoeran-javatra afaka mirakitra plasma mafana toy izany, dia ampiasaina ny confinement magnetika (tokamak, stellarator) na inertial confinement (laser mahery vaika).
Na dia efa nisy aza ny fandrosoana lehibe vita, dia mbola miatrika fanamby ara-teknika toy ny fahamarinan'ny plasma, ny fitaovana mahatohitra neutron, ary ny fahombiazan'ny rafitra amin'ny ankapobeny ny fusion ho an'ny famokarana herinaratra ara-barotra.
Avy amin'ny Angovo Niokleary mankany amin'ny Herinaratra: Lafiny Termodinamika
Ara-batana, ny toby famokarana herinaratra nokleary dia motera hafanana. Ny angovo vokarin'ny fission (na, taty aoriana, fusion) dia miova ho angovo mafana amin'ny farany. Io hafanana io dia ampiasaina hamokarana etona izay mamadika ny turbine. Noho ny lalàn'ny thermodynamics, ny fahombiazan'ny fanovana ny hafanana ho herinaratra dia voafetra amin'ny fahasamihafan'ny mari-pana eo amin'ny loharanon'ny hafanana sy ny tontolo iainana. Noho izany, ny endrika reactor afaka miasa amin'ny mari-pana ambony kokoa dia matetika manolotra fahombiazana tsara kokoa, saingy mitaky fitaovana sy rafitra fiarovana mandroso kokoa.
Fiarovana sy Taratra: Fijery Ara-batana
Ny fiarovana nokleary dia miankina amin'ny fahatakarana ny taratra sy ny fihetsiky ny reaktora. Ny taratra ionizing dia mety hanimba ny sela biolojika raha ampy ny fatrany. Noho izany, ny orinasa mpamokatra herinaratra nokleary dia mampiasa ny foto-kevitra fiarovana lalina, izay ahitana sosona fiarovana: ny fonony solika, ny fitoeran-drivotra, ny rafitra fampangatsiahana, ary ny rafitra fitazonana. Raha jerena ara-batana, ny tanjona voalohany dia ny mifehy ny fihetsika, ny fanariana tsara ny hafanana, ary ny fanasarahana ny vokatra radioaktifa.
Penutup
Ny foto-kevitra ara-fizikan'ny angovo nokleary dia mifantoka amin'ny angovo mifamatotra amin'ny nokleary, ny tsy fahatomombanan'ny lanja, ary ny fiovan'ny lanja ho angovo amin'ny alàlan'ny E = mc². Ny fission dia mampiasa ny fizarazarana ny nokleary mavesatra sy ny fihetsika rojo voafehy miaraka amin'ny mpandrindra sy ny tsorakazo fanaraha-maso, raha toa kosa ny fusion dia manahaka ny fizotran'ny kintana amin'ny alàlan'ny fampiraisana ny nokleary maivana amin'ny toe-javatra tafahoatra. Samy mampiseho ny angovo goavana voatahiry ao anatin'ny nokleary atomika ireo dingana roa ireo. Ny fahatakarana ireo fizika fototra ireo dia tena ilaina mba tsy hoe tarihin'ny tahotra na fanantenana fotsiny ny fifanakalozan-kevitra momba ny angovo nokleary, fa koa amin'ny fahalalana siantifika momba ny fomba fiasan'ny teknolojia, ny tombontsoany, ary ny risika izay mila tantanana amim-pahamendrehana.
