U mnogim razgovorima o nuklearnoj energiji često se spominje da se pri razdvajanju atoma oslobađa ogromna količina topline i radnog učinka. No većina slušatelja ne zna da se ta energija ne pojavljuje iz ničega, već je već prisutna u samom atomskom jezgru u obliku potencijalne energije. Ovaj tekst objašnjava odakle ta energija potječe, kako se oslobađa tijekom fisije i na koji način se koristi u stvarnom svijetu.
Sadržaj...
Struktura atomskog jezgra i pohranjena energija
Atom se sastoji od središnjeg jezgra i elektrona koji ga okružuju. Jezgra je izgrađena od protona – čestica s pozitivnim nabojem – i neutrona, koji su električno neutralni. Unatoč istom pozitivnom naboju, protoni se ne odbijaju beskonačno jer ih povezuje izuzetno jaka, ali kratkog dosega, nuklearna sila. Ova sila djeluje između svakog para nukleona (protona i neutrona) i nadvladava elektro‑staticku odbojnost koja bi inače razdvajala pozitivno nabijene čestice.
Kada se broj protona i neutrona u jezgri poveća, dva suprotna učinka počnu se nadmetati. S jedne strane, nuklearna sila slabi na većim udaljenostima, a s druge strane elektro‑staticko odbijanje proton‑proton postaje sve jače. Zbog tog sukoba teške jezgre, poput urana‑235 ili plutonija‑239, nalaze se pod visokim unutarnjim naprezanjem. To naprezanje predstavlja pohranjenu potencijalnu energiju koja se može osloboditi ako se jezgra razbije na manje dijelove.
Mehanizam oslobađanja energije pri fisiji
Fizija je proces u kojem se teška jezgra razdjeljuju na dva ili više manjih fragmenta, uz istovremeno izbacivanje nekoliko neutrona. Kada slobodni neutron udari u jezgru, on privremeno podiže energiju sustava i može uzrokovati nestabilnost. Ako je jezgra dovoljno podložna, dolazi do njenog raspada, a pri tom se oslobađa energija po sljedećem principu:
- Prekid postojećih nuklearnih veza – veza između nukleona se prekida, a nova, jača veza nastaje u nastalim fragmentima.
- Maseni deficit – ukupna masa fragmenta i izbačenih neutrona je manja od mase izvorne jezgre.
- Transformacija mase u energiju – prema Einsteinovoj jednadžbi E = mc², razlika u masi pretvara se u veliku količinu energije, koja se najčešće pojavljuje kao toplina i zračenje.
Ova toplina podiže temperaturu reaktora na tisuće stupnjeva Celzija, a izbačeni neutroni mogu uzrokovati daljnje fisije u susjednim jezgri, čime se pokreće lanč
