jadrová energia

Chémia

2022

Vysvetlíme, čo je jadrová energia a ako sa získava. Tiež, na čo to je, výhody, nevýhody a niekoľko príkladov.

Atómová energia je bezpečná, pomerne efektívna a všestranná.

Čo je jadrová energia?

Jadrová energia alebo atómová energia je výsledkom reakcií, ktoré sa vyskytujú v atómových jadrách alebo medzi nimi, to znamená, že ide o energiu uvoľnenú pri jadrových reakciách. Tieto reakcie sa môžu vyskytnúť spontánne alebo umelo.

Jadrové reakcie sú procesy kombinácie alebo fragmentácie jadier atómov Y subatomárne častice. Atómové jadrá sa môžu spájať alebo fragmentovať, pričom v procese uvoľňujú alebo absorbujú veľké množstvo energie. Keď sa jadrá fragmentujú, proces je známy ako jadrové štiepenie a keď sa spoja, nazýva sa to jadrová fúzia.

Jadrové štiepenie nastáva, keď je ťažké atómové jadro fragmentované na niekoľko menších jadier hmotnosť, ktoré sú schopné produkovať aj voľné neutróny, fotóny a fragmenty jadra. K jadrovej fúzii dochádza, keď sa niekoľko atómových jadier s podobným nábojom spojí a vytvorí nové, ťažšie jadro. Tieto reakcie prebiehajú v jadrách atómov určitých izotopov chemické prvky ako urán (U) alebo vodík (H).

Veľké množstvo energie obsiahnutej v jadrových reakciách je v podstate spôsobené tým, že časť hmoty reagujúcich častíc sa premieňa na energiu priamo. Tento proces argumentoval nemecký fyzik Albert Einstein tým, že predložil svoju rovnicu:

E = mc²

Kde:

Ako vidíte, rovnica navrhnutá Einsteinom spája hmotnosť a energiu.

Energiu uvoľnenú pri jadrových reakciách možno použiť na výrobu elektriny v termonukleárnych elektrárňach, v nukleárnej medicíne, v priemysle, v baníctve, v archeológia a v mnohých ďalších aplikáciách.

Jeho hlavné využitie je pri generovaní elektrická energia, kde sa jadrová energia využíva na vykurovanie veľkých zväzkov od Voda alebo generovať plynov, ktorého kalorická energia potom sa používa na pohon veľkých turbín, ktoré vyrábajú elektrickú energiu.

Riadené využívanie jadrovej energie sa využíva na charitatívne účely. Je to veľmi dôležitý zdroj energie, ale bohužiaľ sa používa aj na vojenské účely na výrobu jadrových zbraní hromadného ničenia.

Ako sa získava jadrová energia?

Vedľajšie jadrové reakcie produkujú extrémne nestabilné atómy.

Jadrová energia sa získava ako výsledok jadrovej reakcie v určitých atómových jadrách určitých chemických prvkov. Niektoré z najdôležitejších procesov na získanie jadrovej energie sú štiepenie izotopu uránu-235 (235U) prvku urán (U) a fúzia izotopov deutéria-trícia (2H-3H) prvku vodíka (H). , hoci aj jadrovú energiu možno získať z jadrových reakcií v izotopoch tórium-232 (232Th), plutónium-239 (239Pu), stroncium-90 (90Sr) alebo polónium-210 (210Po).

Štiepenie uránu-235 (235U) je exotermická reakcia, to znamená, že sa pri ňom uvoľňuje veľa energie. Uvoľnená energia ohrieva médium, v ktorom prebieha reakcia, čo môže byť napríklad voda.

Aby došlo k štiepeniu, izotop 235U je bombardovaný neutróny zadarmo (aj keď môže byť tiež bombardovaný protóny, iné jadrá alebo gama lúče), ktorých rýchlosť je veľmi kontrolovaná. Týmto spôsobom môže byť voľný neutrón absorbovaný jadrom, čo spôsobí jeho destabilizáciu a fragmentáciu a generovanie ďalších menších jadier, voľných neutrónov, iných subatomárnych častíc a veľkého množstva energie. Je dôležité kontrolovať rýchlosť neutrónov, pretože ak je veľmi vysoká, mohli by sa jednoducho zraziť alebo prejsť cez jadro a neboli by absorbované, aby došlo k štiepeniu.

Jadrové štiepenie vytvára voľné neutróny a iné častice.

Častice generované v dôsledku štiepenia jadra môžu byť zase absorbované inými susednými jadrami, ktoré budú tiež štiepením, a častice, ktoré vznikajú v dôsledku tohto ďalšieho štiepenia, môžu byť opäť absorbované iné jadrá a tak ďalej, čím vzniká to, čo je známe ako: Reťazová reakcia.

Riadené jadrové reťazové reakcie majú mnoho výhodných aplikácií, ako je uvedené vyššie. Keď je však reťazová reakcia nekontrolovaná, pokračuje dovtedy, kým už neexistuje žiadny materiál na štiepenie, ku ktorému dôjde v krátkom čase. Tento nekontrolovaný proces je začiatkom operácie atómových bômb zhodených Spojenými štátmi americkými na Japonsko v r WWII.

Na druhej strane, fúzia páru deutérium-trícium (2H-3H) je najjednoduchší proces jadrovej fúzie, aký existuje. Aby k tejto fúzii došlo, je potrebné priblížiť dva protóny (jeden z 2H a druhý z 3H), aby sily silnej jadrovej interakcie (sily, ktoré spájajú nukleóny, teda protóny a neutróny, a ktoré musia prekonať odpudivá sila medzi protónmi, keďže majú rovnaký náboj) prevyšujú sily elektrostatickej interakcie, keďže protóny majú kladný náboj, takže majú tendenciu sa navzájom odpudzovať. Na dosiahnutie tohto cieľa sa aplikujú určité tlaky a dekompresie, ako aj teploty veľmi špecifické. Tento proces fúzie produkuje jadro 4He, neutrón a veľké množstvo energie.

Jadrové reakcie produkujú nestabilné atómy.

Jadrová fúzia je proces, ktorý sa vyskytuje spontánne v hviezdy, napríklad Slnko, ale ktoré bolo tiež vytvorené umelo.

Jadrové reakcie vo všeobecnosti produkujú nestabilné atómy, ktoré, aby sa stabilizovali, emitujú nadbytočnú energiu životné prostredie na určený čas. Táto emitovaná energia sa nazýva ionizujúce žiarenie, ktoré má dostatok energie na ionizáciu záležitosť okolo nej, a preto je žiarenie mimoriadne nebezpečné pre všetky formy života.

Na čo slúži jadrová energia?

Mierové využitie jadrovej energie je početné, nielen na výrobu elektriny (ktorá má v dnešnom industrializovanom svete už obrovský význam), ale aj na výrobu využiteľnej a zatiahnuteľnej tepelnej energie, resp. mechanická energiaa dokonca aj formy ionizujúceho žiarenia, ktoré možno použiť na sterilizáciu lekárskeho alebo chirurgického materiálu. Používa sa aj na pohon vozidiel, ako sú napríklad atómové ponorky.

Výhody jadrovej energie

Výhody jadrovej energie sú:

  • Málo znečisťujúce. Pokiaľ nedôjde k nehodám a rádioaktívny odpad je riadne zneškodnený, jadrové elektrárne znečisťujú životné prostredie menej ako spaľovaním. fosílne palivá.
  • Bezpečný. Pokiaľ sú splnené požiadavky bezpečnosťjadrová energia môže byť spoľahlivá, konzistentná a čistá.
  • Efektívne. Množstvo energie uvoľnenej týmito typmi jadrových reakcií je obrovské v porovnaní s množstvom Surový materiál požadujú.
  • Všestranný. Dôležitá je aplikácia žiarenia a iných foriem jadrovej energie v rôznych oblastiach ľudského poznania, napríklad v medicíne.

Nevýhody jadrovej energie

Jadrová energia je nebezpečná pre civilné obyvateľstvo a dokonca aj pre život zvierat.

Nevýhody jadrovej energie sú:

  • Riskantné V prípadoch havárií, ako je tá, ku ktorej došlo v prípade jadrového reaktora v Černobyle v prvom Sovietsky zväz, civilné obyvateľstvo a dokonca aj život zvierat sú vystavení vysokému riziku rádioaktívnej kontaminácie.
  • Dispozícia. S rádioaktívnymi vedľajšími produktmi z jadrových elektrární sa ťažko manipuluje a niektoré majú veľmi dlhý polčas rozpadu (čas, za ktorý sa rádioaktívny atóm rozpadne).
  • drahé Vytvorenie jadrových elektrární a ich využitie technológie zvyčajne je to veľmi drahé.

Charakteristika jadrovej energetiky

Všeobecne povedané, jadrová energia je silná, efektívna, skutočný úspech ľudského majstrovstva nad fyzikou. Je to však aj riskantná technológia: po tom, čo sme videli katastrofy spôsobené atómovými bombami v Hirošime a Nagasaki, či haváriu v Černobyle v ZSSR, je známe, že tento typ technológie predstavuje skutočné nebezpečenstvo pre život na planéte. vieme to.

Príklady jadrovej energie

Mierovým príkladom využitia tejto energie je akákoľvek jadrová elektráreň, ako napríklad tá v Ikate v Japonsku. Príkladom jeho vojnového použitia bolo bombardovanie Mestá Japonky z Hirošimy a Nagasaki v roku 1945 počas druhej svetovej vojny.

!-- GDPR -->