- Czym jest energia jądrowa?
- Jak pozyskuje się energię jądrową?
- Do czego służy energia jądrowa?
- Zalety energetyki jądrowej
- Wady energetyki jądrowej
- Charakterystyka energetyki jądrowej
- Przykłady energetyki jądrowej
Wyjaśniamy, czym jest energia jądrowa i jak się ją pozyskuje. A także po co to jest, zalety, wady i kilka przykładów.
Energia atomowa jest bezpieczna, dość wydajna i wszechstronna.Czym jest energia jądrowa?
Energia jądrowa lub energia atomowa jest wynikiem reakcji zachodzących w jądrach atomowych lub między nimi, czyli jest energią uwalnianą w reakcjach jądrowych. Reakcje te mogą zachodzić spontanicznie lub sztucznie.
Reakcje jądrowe to procesy łączenia lub fragmentacji jąder atomy Y cząstki elementarne. Jądra atomowe mogą się łączyć lub fragmentować, uwalniając lub pochłaniając w tym procesie duże ilości energii. Kiedy jądra się rozpadają, proces ten nazywa się rozszczepieniem jądrowym, a kiedy łączą się, nazywa się to fuzją jądrową.
Rozszczepienie jądrowe następuje, gdy ciężkie jądro atomowe jest podzielone na kilka jąder mniejszych waga, będąc w stanie wytwarzać również wolne neutrony, fotony i fragmenty jądra. Fuzja jądrowa zachodzi, gdy kilka jąder atomowych o podobnych ładunkach łączy się, tworząc nowe, cięższe jądro. Reakcje te zachodzą w jądrach atomów niektórych izotopów pierwiastki chemiczne jak uran (U) lub wodór (H).
Duża ilość energii zaangażowana w reakcje jądrowe wynika zasadniczo z faktu, że część masy reagujących cząstek jest bezpośrednio przekształcana w energię. Proces ten argumentował niemiecki fizyk Albert Einstein, przedstawiając swoje równanie:
E = mc²
Gdzie:
- ORAZ: Energia
- m: masa
- C: prędkość światła
Jak widać, równanie zaproponowane przez Einsteina wiąże masę i energię.
Energia uwalniana w reakcjach jądrowych może być wykorzystana do generowania Elektryczność w elektrowniach termojądrowych, w medycynie nuklearnej, w przemyśle, w górnictwie, w archeologia oraz w wielu innych zastosowaniach.
Jego głównym zastosowaniem jest generowanie energia elektryczna, gdzie energia jądrowa jest wykorzystywana do ogrzewania dużych wolumeny z Woda lub generować gazy, którego energia kaloryczna jest następnie używany do napędzania dużych turbin wytwarzających energię elektryczną.
Kontrolowane wykorzystanie energii jądrowej jest wykorzystywane do celów charytatywnych. Jest to bardzo ważne źródło energii, ale także niestety jest wykorzystywane do celów wojskowych do produkcji broni jądrowej masowego rażenia.
Jak pozyskuje się energię jądrową?
Energia jądrowa jest uzyskiwana w wyniku reakcji jądrowej w pewnych jądrach atomowych niektórych pierwiastków chemicznych. Niektóre z najważniejszych procesów uzyskiwania energii jądrowej to rozszczepienie izotopu uranu-235 (235U) pierwiastka uranu (U) i fuzja izotopów deuter-tryt (2H-3H) pierwiastka wodoru (H) , chociaż również energię jądrową można uzyskać z reakcji jądrowych w izotopach toru-232 (232Th), plutonu-239 (239Pu), strontu-90 (90Sr) czy polonu-210 (210Po).
Rozszczepienie uranu-235 (235U) jest reakcją egzotermiczną, to znaczy uwalnia dużo energii. Uwolniona energia ogrzewa ośrodek, w którym zachodzi reakcja, którym może być np. woda.
Aby nastąpiło rozszczepienie, izotop 235U jest bombardowany neutrony darmowy (chociaż można go też zbombardować protony, inne jądra lub promienie gamma), których prędkość jest bardzo kontrolowana. W ten sposób wolny neutron może zostać wchłonięty przez jądro, powodując jego destabilizację i fragmentację oraz generowanie innych mniejszych jąder, wolnych neutronów, innych cząstek subatomowych i dużych ilości energii. Ważne jest, aby kontrolować prędkość neutronów, ponieważ jeśli jest bardzo wysoka, mogą po prostu zderzyć się z jądrem lub przejść przez jądro i nie zostaną zaabsorbowane, powodując rozszczepienie.
Cząstki powstałe w wyniku rozszczepienia jądra mogą z kolei zostać wchłonięte przez inne sąsiednie jądra, które również będą rozszczepieniem, a cząstki powstałe w wyniku tego innego rozszczepienia mogą ponownie zostać wchłonięte przez inne jądra i tak dalej, tworząc coś, co jest znane jako: reakcja łańcuchowa.
Jak wspomniano powyżej, kontrolowane reakcje łańcuchów jądrowych mają wiele korzystnych zastosowań. Jednak gdy reakcja łańcuchowa jest niekontrolowana, trwa do momentu, gdy nie ma już materiału do rozszczepienia, co następuje w krótkim czasie. Ten niekontrolowany proces jest początkiem operacji bomb atomowych zrzuconych przez Stany Zjednoczone na Japonię w latach II wojna światowa.
Z drugiej strony fuzja pary deuter-tryt (2H-3H) jest najprostszym istniejącym procesem syntezy jądrowej. Aby ta fuzja zaszła, konieczne jest zbliżenie do siebie dwóch protonów (jeden z 2H, a drugi z 3H), aby siły silnego oddziaływania jądrowego (siły jednoczące nukleony, czyli protony i neutrony, i które muszą przezwyciężyć siła odpychania między protonami, ponieważ mają ten sam ładunek) przekracza siły oddziaływania elektrostatycznego, ponieważ protony mają ładunek dodatni, więc mają tendencję do odpychania się nawzajem. W tym celu stosuje się określone ciśnienia i dekompresje, a także: temperatury bardzo specyficzny. Ten proces syntezy jądrowej wytwarza jądro 4He, neutron i dużą ilość energii.
Fuzja jądrowa to proces, który zachodzi spontanicznie w gwiazdy, na przykład Słońce, ale które również zostało wygenerowane sztucznie.
Ogólnie rzecz biorąc, reakcje jądrowe wytwarzają niestabilne atomy, które, aby się stabilizować, emitują nadmiar energii do środowisko na określony czas. Ta emitowana energia nazywana jest promieniowaniem jonizującym, które ma wystarczającą energię do jonizacji materiał wokół niego, dlatego promieniowanie jest niezwykle niebezpieczne dla wszystkich form życia.
Do czego służy energia jądrowa?
Pokojowe zastosowania energii jądrowej są liczne, nie tylko do wytwarzania elektryczności (co już ma ogromne znaczenie w dzisiejszym uprzemysłowionym świecie), ale także do produkcji użytecznej i odwracalnej energii cieplnej lub energia mechaniczna, a nawet formy promieniowania jonizującego, które można wykorzystać do sterylizacji materiałów medycznych lub chirurgicznych. Służy również do napędzania pojazdów, takich jak atomowe okręty podwodne.
Zalety energetyki jądrowej
Zaletami energetyki jądrowej są:
- Małe zanieczyszczenie. Dopóki nie dochodzi do wypadków, a odpady promieniotwórcze są odpowiednio utylizowane, elektrownie jądrowe zanieczyszczają środowisko mniej niż spalanie paliwa kopalne.
- Bezpieczna. Tak długo, jak wymagania bezpieczeństwo, energia jądrowa może być niezawodna, spójna i czysta.
- Wydajny. Ilości energii uwalnianej przez tego typu reakcje jądrowe są ogromne w porównaniu z ilością surowiec żądają.
- Wszechstronny. Istotne jest zastosowanie promieniowania i innych form energii jądrowej w różnych dziedzinach ludzkiej wiedzy, takich jak medycyna.
Wady energetyki jądrowej
Wady energetyki jądrowej to:
- Ryzykowny W przypadku awarii, takich jak ta, która miała miejsce w przypadku reaktora jądrowego w Czarnobylu w tym pierwszym związek Radziecki, ludność cywilna, a nawet życie zwierząt, są narażone na wysokie ryzyko skażenia radioaktywnego.
- Sprzedaż. Radioaktywne produkty uboczne z elektrowni jądrowych są trudne w obsłudze, a niektóre mają bardzo długi okres półtrwania (czas potrzebny do rozpadu radioaktywnego atomu).
- Kosztowny Tworzenie elektrowni jądrowych i wykorzystanie tego technologia zazwyczaj jest to bardzo drogie.
Charakterystyka energetyki jądrowej
Mówiąc ogólnie, energia jądrowa jest potężna, wydajna, jest prawdziwym osiągnięciem ludzkiego mistrzostwa nad fizyką. Jest to jednak również technologia ryzykowna: po katastrofach spowodowanych przez bomby atomowe w Hiroszimie i Nagasaki czy katastrofie w Czarnobylu w ZSRR wiadomo, że tego typu technologia stanowi realne zagrożenie dla życia na planecie. wiemy to.
Przykłady energetyki jądrowej
Pokojowym przykładem wykorzystania tej energii jest jakakolwiek elektrownia jądrowa, taka jak ta w Ikacie w Japonii. Przykładem jej wojowniczego zastosowania było bombardowanie miasta Japonki z Hiroszimy i Nagasaki w 1945 roku podczas II wojny światowej.