атомна енергія

Хімія

2022

Пояснюємо, що таке ядерна енергія і як її отримують. А також, для чого це, переваги, недоліки та кілька прикладів.

Атомна енергія безпечна, досить ефективна та універсальна.

Що таке атомна енергетика?

Ядерна енергія або атомна енергія є результатом реакцій, що відбуваються в атомних ядрах або між ними, тобто це енергія, що виділяється в ядерних реакціях. Ці реакції можуть виникати спонтанно або штучно.

Ядерні реакції - це процеси поєднання або дроблення ядер атоми Ю субатомні частинки. Атомні ядра можуть об'єднуватися або фрагментуватися, вивільняючи або поглинаючи велику кількість енергії в процесі. Коли ядра розриваються, процес відомий як ядерний поділ, а коли вони об’єднуються, це називається ядерним синтезом.

Ядерний поділ відбувається, коли важке атомне ядро ​​розпадається на кілька ядер меншого розміру. вага, здатний також виробляти вільні нейтрони, фотони та фрагменти ядра. Ядерний синтез відбувається, коли кілька атомних ядер з подібними зарядами об’єднуються, утворюючи нове, більш важке ядро. Ці реакції відбуваються в ядрах атомів певних ізотопів хімічні елементи як уран (U) або водень (H).

Велика кількість енергії, яка бере участь у ядерних реакціях, в основному пов'язана з тим, що частина маси реагуючих частинок перетворюється в енергію безпосередньо. Цей процес стверджував німецький фізик Альберт Ейнштейн, формулюючи своє рівняння:

E = mc²

де:

Як бачимо, рівняння, запропоноване Ейнштейном, пов’язує масу та енергію.

Енергія, що виділяється в ядерних реакціях, може бути використана для генерації електрика в термоядерних електростанціях, в ядерній медицині, в промисловості, в гірничій справі, в археологія і в багатьох інших програмах.

Його основне використання в генерації електрична енергія, де ядерна енергія використовується для обігріву великого томів від Вода або генерувати газів, чий калорійна енергія потім він використовується для приводу великих турбін, які виробляють електроенергію.

Контрольоване використання ядерної енергії використовується на благодійні цілі. Це дуже важливе джерело енергії, але також, на жаль, використовується у військових цілях для виробництва ядерної зброї масового знищення.

Як отримують ядерну енергію?

Побічні ядерні реакції утворюють надзвичайно нестабільні атоми.

Ядерна енергія одержується в результаті ядерної реакції в певних атомних ядрах певних хімічних елементів. Одними з найважливіших процесів для отримання ядерної енергії є поділ ізотопу урану-235 (235U) елемента уран (U) і синтез ізотопів дейтерію-тритію (2H-3H) елемента водню (H) , хоча також ядерну енергію можна отримати з ядерних реакцій в ізотопах торію-232 (232Th), плутонію-239 (239Pu), стронцію-90 (90Sr) або полонію-210 (210Po).

Ділення урану-235 (235U) є екзотермічною реакцією, тобто при цьому виділяється багато енергії. Вивільнена енергія нагріває середовище, в якому відбувається реакція, якою може бути, наприклад, вода.

Щоб відбулося поділ, ізотоп 235U бомбардують нейтронів безкоштовно (хоча його також можна бомбардувати протони, інші ядра або гамма-промені), швидкість яких дуже контрольована. Таким чином, вільний нейтрон може поглинатися ядром, викликаючи його дестабілізацію та фрагментацію, а також генерувати інші менші ядра, вільні нейтрони, інші субатомні частинки та велику кількість енергії. Важливо контролювати швидкість нейтронів, тому що, якщо вона дуже висока, вони можуть просто зіткнутися з ядром або пройти крізь нього, і вони не будуть поглинатися, щоб викликати поділ.

При поділі ядра утворюються вільні нейтрони та інші частинки.

Частинки, що утворюються в результаті поділу ядра, можуть, у свою чергу, поглинатися іншими сусідніми ядрами, які також будуть поділом, а частинки, які утворюються в результаті цього іншого поділу, можуть, знову ж таки, поглинатися інші ядра і так далі, викликаючи так звану: ланцюгову реакцію.

Керовані ядерні ланцюгові реакції мають багато корисних застосувань, як згадувалося вище. Однак, коли ланцюгова реакція неконтрольована, вона продовжується до тих пір, поки не припиниться матеріал для поділу, що відбувається за короткий час. Цей неконтрольований процес є початком дії атомних бомб, скинутих Сполученими Штатами на Японію в Другої світової війни.

З іншого боку, синтез пари дейтерій-тритій (2H-3H) є найпростішим процесом ядерного синтезу, який існує. Для цього злиття необхідно зблизити два протони (один з 2H, а інший з 3H), щоб сили сильної ядерної взаємодії (сили, що об’єднують нуклони, тобто протони і нейтрони, і які повинні подолати сила відштовхування між протонами, оскільки вони мають однаковий заряд) перевищує сили електростатичної взаємодії, оскільки протони мають позитивний заряд, тому вони мають тенденцію відштовхуватися один від одного. Для досягнення цього застосовуються певні тиски та декомпресії, а також температури дуже конкретні. Цей процес синтезу утворює ядро ​​4He, нейтрон і велику кількість енергії.

Ядерні реакції утворюють нестабільні атоми.

Ядерний синтез - це процес, що відбувається спонтанно в зірки, наприклад, Сонце, але яке також було створено штучно.

Взагалі ядерні реакції утворюють нестабільні атоми, які, щоб стабілізуватися, виділяють надлишок енергії навколишнє середовище протягом визначеного часу. Ця випромінювана енергія називається іонізуючою радіацією, яка має достатньо енергії для іонізації матерія навколо нього, тому радіація надзвичайно небезпечна для всіх форм життя.

Для чого потрібна атомна енергетика?

Численні використання ядерної енергії в мирних цілях не тільки для виробництва електроенергії (яке вже має величезне значення в сучасному індустріально розвиненому світі), а й для виробництва теплової енергії, яка може використовуватися і витягується, або механічна енергія, і навіть форми іонізуючого випромінювання, які можна використовувати для стерилізації медичних або хірургічних матеріалів. Він також використовується для приводу транспортних засобів, таких як атомні підводні човни.

Переваги атомної енергетики

Перевагами ядерної енергетики є:

  • Мало забруднює. Поки немає аварій і радіоактивні відходи належним чином утилізуються, атомні електростанції забруднюють навколишнє середовище менше, ніж спалюють горючі корисні копалини.
  • Сейф. Поки вимоги ст безпеки, ядерна енергетика може бути надійною, послідовною та чистою.
  • Ефективний. Кількість енергії, що виділяється цими типами ядерних реакцій, є величезною порівняно з кількістю сирий матеріал вони вимагають.
  • Універсальний. Важливе значення має застосування радіації та інших видів ядерної енергії в різних галузях людських знань, таких як медицина.

Недоліки атомної енергетики

Атомна енергетика небезпечна для мирного населення і навіть для тварин.

Недоліками атомної енергетики є:

  • Ризикована У випадках аварій, як-от та, що сталася з Чорнобильським ядерним реактором у першому Радянський Союз, мирне населення і навіть тварини піддаються високому ризику радіоактивного зараження.
  • Утилізація. Радіоактивні побічні продукти з атомних електростанцій важко обробляти, а деякі мають дуже довгий період напіврозпаду (час, необхідний для розпаду радіоактивного атома).
  • Дорого Створення атомних електростанцій і використання цього технології зазвичай це дуже дорого.

Характеристика атомної енергетики

Взагалі кажучи, атомна енергетика потужна, ефективна, справжнє досягнення людського володіння фізикою. Однак це також ризикована технологія: побачивши катастрофи, спричинені атомними бомбами в Хіросімі та Нагасакі, чи аварією на Чорнобильській АЕС в СРСР, відомо, що ця технологія становить реальну небезпеку для життя на планеті. ми це знаємо.

Приклади ядерної енергетики

Мирним прикладом використання цієї енергії є будь-яка атомна електростанція, як-от японська Іката. Прикладом його войовничого використання було бомбардування міста Японські жінки з Хіросіми і Нагасакі в 1945 році під час Другої світової війни.

!-- GDPR -->