nuklearna energija

Kemija

2022

Pojasnimo, kaj je jedrska energija in kako jo pridobivamo. Tudi, čemu služi, prednosti, slabosti in nekaj primerov.

Atomska energija je varna, precej učinkovita in vsestranska.

Kaj je jedrska energija?

Jedrska energija ali atomska energija je rezultat reakcij, ki se dogajajo v atomskih jedrih ali med njimi, torej je energija, ki se sprosti pri jedrskih reakcijah. Te reakcije se lahko pojavijo spontano ali umetno.

Jedrske reakcije so procesi združevanja ali razdrobljenosti jeder atomi Y subatomski delci. Atomska jedra se lahko združijo ali razdrobijo, pri čemer sprostijo ali absorbirajo velike količine energije. Ko se jedra razdrobijo, je proces znan kot jedrska cepitev, ko se združijo, pa se imenuje jedrska fuzija.

Jedrska cepitev se zgodi, ko je težko atomsko jedro razdrobljeno na več jeder manjših utež, ki lahko proizvaja tudi proste nevtrone, fotone in drobce jedra. Do jedrske fuzije pride, ko se več atomskih jeder s podobnimi naboji združi v novo, težje jedro. Te reakcije potekajo v jedrih atomov nekaterih izotopov kemični elementi kot uran (U) ali vodik (H).

Velika količina energije, ki je vključena v jedrske reakcije, je v osnovi posledica dejstva, da se del mase reakcijskih delcev neposredno pretvori v energijo. Ta proces je trdil nemški fizik Albert Einstein tako, da je postavil svojo enačbo:

E = mc²

Kje:

Kot lahko vidite, enačba, ki jo je predlagal Einstein, povezuje maso in energijo.

Energija, ki se sprosti pri jedrskih reakcijah, se lahko uporabi za ustvarjanje elektrika v termonuklearnih elektrarnah, v nuklearni medicini, v industriji, v rudarstvu, v arheologija in v mnogih drugih aplikacijah.

Njegova glavna uporaba je pri ustvarjanju električna energija, kjer se jedrska energija uporablja za ogrevanje velikih volumna od Voda ali ustvariti plini, katerega kalorična energija nato se uporablja za pogon velikih turbin, ki proizvajajo električno energijo.

Nadzorovana raba jedrske energije se uporablja v dobrodelne namene. Je zelo pomemben vir energije, a se na žalost uporablja tudi v vojaške namene za proizvodnjo jedrskega orožja za množično uničevanje.

Kako se pridobiva jedrska energija?

Stranske jedrske reakcije proizvajajo izjemno nestabilne atome.

Jedrska energija nastane kot posledica jedrske reakcije v določenih atomskih jedrih določenih kemičnih elementov. Nekateri najpomembnejši procesi za pridobivanje jedrske energije so cepitev izotopa urana-235 (235U) elementa urana (U) in fuzija izotopov devterij-tritij (2H-3H) elementa vodik (H) , čeprav lahko tudi jedrsko energijo pridobimo iz jedrskih reakcij v izotopih torija-232 (232Th), plutonija-239 (239Pu), stroncija-90 (90Sr) ali polonija-210 (210Po).

Fisija urana-235 (235U) je eksotermna reakcija, torej sprošča veliko energije. Sproščena energija segreje medij, v katerem poteka reakcija, ki bi lahko bila na primer voda.

Da bi prišlo do cepitve, je izotop 235U bombardiran nevtroni brezplačno (čeprav ga je mogoče tudi bombardirati z protoni, druga jedra ali gama žarki), katerih hitrost je zelo nadzorovana. Na ta način lahko jedro absorbira prosti nevtron, zaradi česar se destabilizira in razdrobi ter ustvari druga manjša jedra, proste nevtrone, druge subatomske delce in velike količine energije. Pomembno je nadzorovati hitrost nevtronov, ker bi lahko, če je zelo visoka, preprosto trčili v jedro ali prešli skozi jedro, in se ne bi absorbirali, da bi povzročili cepitev.

Jedrska cepitev ustvarja proste nevtrone in druge delce.

Delce, ki nastanejo kot posledica cepitve jedra, lahko nato absorbirajo druga sosednja jedra, kar bo tudi cepitev, delce, ki nastanejo kot posledica te druge cepitve, pa lahko ponovno absorbira druga jedra in tako naprej, kar je znano kot: verižna reakcija.

Nadzorovane jedrske verižne reakcije imajo veliko koristnih uporab, kot je navedeno zgoraj. Ko pa je verižna reakcija nenadzorovana, se nadaljuje, dokler ni več materiala za cepitev, kar se zgodi v kratkem času. Ta nenadzorovan proces je začetek delovanja atomskih bomb, ki so jih ZDA odvrgle na Japonsko. 2. svetovne vojne.

Po drugi strani pa je fuzija para devterij-tritij (2H-3H) najpreprostejši proces jedrske fuzije, ki obstaja. Da bi prišlo do te fuzije, je treba dva protona zbližati (enega iz 2H in drugega iz 3H), tako da se sile močne jedrske interakcije (sile, ki združujejo nukleone, torej protone in nevtrone, in ki morajo premagati). odbojna sila med protoni, ker imajo enak naboj) presegajo sile elektrostatične interakcije, saj imajo protoni pozitiven naboj, zato se nagibajo k odbijanju drug drugega. Da bi to dosegli, se uporabljajo določeni pritiski in dekompresije, pa tudi temperature zelo specifičen. Ta fuzijski proces proizvaja jedro 4He, nevtron in veliko količino energije.

Jedrske reakcije proizvajajo nestabilne atome.

Jedrska fuzija je proces, ki poteka spontano v zvezdena primer Sonce, ki pa je tudi umetno ustvarjeno.

Na splošno pri jedrskih reakcijah nastanejo nestabilni atomi, ki, da se stabilizirajo, oddajajo odvečno energijo okolje za določen čas. Ta oddana energija se imenuje ionizirajoče sevanje, ki ima dovolj energije za ioniziranje zadeva okoli njega, zato je sevanje izjemno nevarno za vse oblike življenja.

Za kaj je jedrska energija?

Miroljubne rabe jedrske energije so številne, ne le za proizvodnjo električne energije (ki je v današnjem industrializiranem svetu že izjemnega pomena), temveč tudi za proizvodnjo uporabne in uvlečne toplotne energije oz. mehanska energija, in celo oblike ionizirajočega sevanja, ki se lahko uporabljajo za sterilizacijo medicinskega ali kirurškega materiala. Uporablja se tudi za pogon vozil, kot so atomske podmornice.

Prednosti jedrske energije

Prednosti jedrske energije so:

  • Malo onesnažuje. Dokler ni nesreč in se radioaktivni odpadki ustrezno odlagajo, jedrske elektrarne manj onesnažujejo okolje kot kurijo fosilna goriva.
  • Varno. Dokler so zahteve za varnostjedrska energija je lahko zanesljiva, dosledna in čista.
  • Učinkovito. Količine energije, ki jih sprostijo te vrste jedrskih reakcij, so ogromne v primerjavi s količino surovina zahtevajo.
  • Vsestranski. Pomembna je uporaba sevanja in drugih oblik jedrske energije na različnih področjih človeškega znanja, kot je medicina.

Slabosti jedrske energije

Jedrska energija je nevarna za civilno prebivalstvo in celo živalsko življenje.

Slabosti jedrske energije so:

  • Tvegano V primerih nesreč, kot je tista, ki se je zgodila z jedrskim reaktorjem v Černobilu v prejšnjem Sovjetska zveza, civilno prebivalstvo in celo živalstvo so izpostavljeni velikemu tveganju radioaktivne kontaminacije.
  • Odlaganje. Z radioaktivnimi stranskimi proizvodi iz jedrskih elektrarn je težko ravnati, nekateri pa imajo zelo dolgo razpolovno dobo (čas, ki je potreben, da se radioaktivni atom razpade).
  • drago Ustvarjanje jedrskih elektrarn in uporaba le-teh tehnologijo ponavadi je zelo drago.

Značilnosti jedrske energije

Na splošno je jedrska energija močna, učinkovita, pravi dosežek človeškega obvladovanja fizike. Vendar je to tudi tvegana tehnologija: po ogledu katastrof, ki so jih povzročile atomske bombe v Hirošimi in Nagasakiju, ali nesreče v Černobilu v ZSSR, je znano, da tovrstna tehnologija predstavlja resnično nevarnost za življenje na planetu. vemo.

Primeri jedrske energije

Miren primer uporabe te energije je katera koli jedrska elektrarna, kot je tista v Ikati na Japonskem. Primer njegove bojevite uporabe je bilo bombardiranje mesta Japonke iz Hirošime in Nagasakija leta 1945 med drugo svetovno vojno.

!-- GDPR -->