Хуваагдлын урвал - Шинжлэх ухаан

Цөмийн хуваагдал нь цөмийн физикийн хамгийн сонирхолтой, нөлөө бүхий байгалийн үзэгдлүүдийн нэг юм. Хүнд атомын цөмийг хөнгөн цөм болгон хуваах замаар хуваагдал нь асар их хэмжээний энерги ялгаруулдаг бөгөөд үүнийг цахилгаан эрчим хүч үйлдвэрлэхээс эхлээд цөмийн зэвсэг хүртэл янз бүрийн хэрэглээнд ашигладаг. Энэ нийтлэлд хуваагдлын үндсэн зарчим, нээлтийн түүх, урвалын механизм, өдөр тутмын амьдралд хэрэглэгдэх байдал, түүнтэй холбоотой бэрхшээл, маргааныг нарийвчлан судлах болно.

Хуваагдлын урвалын үндсэн зарчмууд

Уран-235 эсвэл плутони-239 зэрэг хүнд атомын цөм нь нейтроныг шингээж, тогтворгүй болоход хуваагдлын урвал явагддаг. Энэхүү тогтворгүй байдал нь цөмийг хуваагдлын хэлтэрхий гэж нэрлэгддэг хоёр ба түүнээс дээш жижиг цөм болгон хувааж, нейтрон болон энерги ялгаруулдаг. Ялгарсан энерги нь Альберт Эйнштейний алдарт тэгшитгэл болох

Хуваагдлын урвалын нээлтийн түүх

Цөмийн хуваагдлын нээлт нь 20-р зууны эхэн үед хийсэн цуврал туршилтууд болон улам бүр нэмэгдэж буй ойлголтын үр дүн байв. 1938 онд Германы эрдэмтэд Отто Хан, Фриц Страссман нар Лиз Мейтнер, Отто Роберт Фриш нартай хамтран цөмийн хуваагдлыг нээхэд хүргэсэн туршилтуудыг хийжээ. Тэд уран-235-ыг нейтрогоор бөмбөгдөхөд бари болон криптон цөм болж задарч, нэмэлт нейтрон болон энерги ялгардаг болохыг тогтоожээ.

Энэхүү нээлт нь Дэлхийн 2-р дайны үед цөмийн реактор болон цөмийн зэвсгийг хөгжүүлэх зэрэг цөмийн технологийн хөгжлийн замыг нээсэн юм. АНУ-ын удирдсан Манхэттэн төсөл нь 1945 онд дайнд ашигласан анхны атомын бөмбөгийг бүтээхэд амжилттай оролцсон.

Хуваалтын урвалын механизм

Хуваалтын урвал нь хэд хэдэн үндсэн алхмуудыг агуулдаг:

Нейтроны шингээлт : Уран-235 эсвэл плутони-239 зэрэг хүнд атомын цөм нь нейтроныг шингээдэг. Энэ нь цөмийг тогтворгүй болгож, хуваагдалд өртөмтгий болгодог.
Цөмийн хуваагдал : Тогтворгүй цөм нь хоёр ба түүнээс дээш хуваагдлын хэлтэрхий болж задардаг. Энэ процесс нь хоёр ба гурван шинэ нейтрон болон цахилгаан соронзон цацраг болон хуваагдлын хэлтэрхийнүүдийн кинетик энерги хэлбэрээр энерги ялгаруулдаг.
Гинжин урвал : Ялгарсан нейтроныг бусад хүнд цөмүүд шингээж, илүү их хуваагдлын урвал үүсгэдэг. Хэрэв хангалттай нейтрон үүсвэл хуваагдлын урвал гинжин урвалаар үргэлжилж болно.

Энэхүү гинжин урвал нь цөмийн реакторуудын ажиллагаа болон атомын бөмбөг дэлбэрэх үндсэн зарчим юм. Цөмийн реакторт гинжин урвалыг тасралтгүй энерги үйлдвэрлэхээр хянадаг бол цөмийн зэвсэгт гинжин урвалыг хурдасгаж маш богино хугацаанд маш том дэлбэрэлт үүсгэдэг.

Хуваалтын урвалын хэрэглээ

Цөмийн хуваагдлын урвалыг олон төрлийн хэрэглээнд ашиглаж ирсэн бөгөөд хамгийн алдартай хоёр нь цахилгаан үйлдвэрлэх болон цөмийн зэвсэг юм.

Цөмийн цахилгаан станцууд : Цөмийн реакторууд дулааныг ялгаруулахын тулд задралын урвалыг ашигладаг бөгөөд дараа нь турбинуудыг хөдөлгөж, цахилгаан үүсгэдэг уурыг ялгаруулахад ашигладаг. Цөмийн реакторууд уран-235 эсвэл плутони-239 зэрэг түлшийг ашигладаг бөгөөд нэмэлт нейтроныг шингээх замаар задралын урвалын хурдыг зохицуулахын тулд хяналтын саваа ашигладаг.
- Даралтат усны реактор (PWR) : Энэ төрлийн реактор нь даралттай усыг хөргөлтийн бодис болон тохируулагч болгон ашигладаг. Даралтат ус нь реакторыг буцалгахгүйгээр өндөр температурт байлгаж, дулааныг үр ашигтай дамжуулах боломжийг олгодог.
- Буцалсан усны реактор (BWR) : Энэ төрлийн реактор нь хөргөлтийн усыг реакторын дотор шууд буцалгаж, турбиныг хөдөлгөх уур үүсгэх боломжийг олгодог. BWR нь PWR-ээс илүү энгийн загвартай байдаг.
- Хурдан реактор : Энэхүү реактор нь хурдан нейтроныг ашиглан модератор шаардлагагүйгээр хуваагдлын урвалыг эхлүүлдэг. Хурдан реакторууд түлшийг илүү үр ашигтай ашиглаж, бага хаягдал гаргадаг.
Цөмийн зэвсэг : Цөмийн зэвсэг нь асар том дэлбэрэлт үүсгэхийн тулд хяналтгүй хуваагдлын урвалыг ашигладаг. Хирошима, Нагасаки руу хаясан гэх мэт дайнд ашигласан анхны атомын бөмбөгүүдэд уран-235 болон плутони-239-ийг түлш болгон ашигласан.

Сорилтууд ба маргаанууд

Хэдийгээр хуваагдлын урвал нь эрчим хүчний эх үүсвэр болох асар их боломжийг санал болгодог ч үүнтэй холбоотой хэд хэдэн бэрхшээл, маргаан байдаг:

Цацраг идэвхт хаягдал : Цөмийн реакторууд нь байгаль орчин, хүний эрүүл мэндэд үзүүлэх сөрөг нөлөөллөөс урьдчилан сэргийлэхийн тулд тусгай боловсруулалт, хадгалалт шаарддаг аюултай цацраг идэвхт хаягдлыг үүсгэдэг. Цацраг идэвхт хаягдлыг урт хугацаанд удирдах нь томоохон сорилт хэвээр байна.
Цөмийн аюулгүй байдал : 1986 онд Чернобыль, 2011 онд Фукушимагийн АЦС-д болсон гэх мэт цөмийн ослын эрсдэл нь цөмийн реакторуудын аюулгүй байдлын талаар санаа зовоосон асуудал үүсгэж байна. Эдгээр осол нь хүрээлэн буй орчин болон хүн амд хор хөнөөл учруулж болзошгүй цацрагийн болзошгүй аюулыг онцолж байна.
Цөмийн зэвсэг дэлгэрүүлэх : Цөмийн технологийн тархалт нь цөмийн зэвсэг хариуцлагагүй улс орнууд эсвэл төрийн бус бүлгүүдийн гарт орох эрсдэлийг бий болгодог. Цөмийн зэвсэг дэлгэрүүлэхгүй байх хүчин чармайлт нь цөмийн зэвсэг хийхэд ашиглаж болох цөмийн технологи болон материалын тархалтыг хязгаарлах зорилготой.
Эдийн засаг ба хөрөнгө оруулалт : Атомын цахилгаан станц барих, ажиллуулахад анхны хөрөнгө оруулалт ихээхэн шаардагдана. Барилга угсралт, засвар үйлчилгээ, хог хаягдлын менежментийн зардал нь эдийн засгийн хувьд ихээхэн хязгаарлалт болж болзошгүй.

Хуваагдлын урвалын ирээдүй

Томоохон бэрхшээлтэй тулгарч байгаа ч янз бүрийн судалгаа, инноваци хөгжиж байгаа тул хуваагдлын урвалын ирээдүй гэрэл гэгээтэй хэвээр байна:

Дараагийн үеийн цөмийн реакторууд : Шинэ реакторуудыг илүү аюулгүй, үр ашигтай, бага хаягдал гаргахаар зохион бүтээж байна. Жижиг модульчлагдсан реакторууд (SMRs) нь уян хатан байдал, бага өртөгтэй ирээдүйтэй инновацийн нэг юм.
Хаягдал хувиргалт : Цацраг идэвхт хаягдлыг илүү тогтвортой, бага аюултай изотоп болгон хувиргах технологийг хөгжүүлэх судалгаа хийгдэж байна. Энэ нь цөмийн хаягдлын хэмжээ, аюулыг бууруулж болзошгүй юм.
Цөмийн нэгдэл : Цөмийн хуваагдлаас ялгаатай нь цөмийн нэгдлийн судалгаа үргэлжлэн урагшилсаар байна. Цөмийн нэгдэл нь хуваагдлаас илүү цэвэр, аюулгүй эрчим хүч үйлдвэрлэх боломжтой боловч техникийн бэрхшээлүүд хэвээр байна.

Дүгнэлт

Цөмийн хуваагдал нь цөмийн физикийн хамгийн чухал нээлтүүдийн нэг бөгөөд цахилгаан эрчим хүч үйлдвэрлэх, цөмийн зэвсгийн хөгжилд ихээхэн нөлөө үзүүлдэг. Цөмийн хуваагдал нь эрчим хүчний эх үүсвэр болох асар их боломжийг санал болгодог ч аюулгүй байдал, цацраг идэвхт хаягдал, цөмийн зэвсгийн тархалтын эрсдэлтэй холбоотой томоохон сорилтуудтай тулгардаг. Судалгаа, инновацийг тасралтгүй хийснээр хуваагдлын ирээдүй ирээдүйтэй хэвээр байгаа нь илүү аюулгүй, тогтвортой эрчим хүчний шийдлүүдийг бий болгох замыг нээж өгч байна.