nuklearna energija

Kemija

2022

Objašnjavamo što je nuklearna energija i kako se dobiva. Također, čemu služi, prednosti, mane i neki primjeri.

Atomska energija je sigurna, prilično učinkovita i svestrana.

Što je nuklearna energija?

Nuklearna energija ili atomska energija rezultat je reakcija koje se događaju u atomskim jezgrama ili između njih, odnosno to je energija koja se oslobađa u nuklearnim reakcijama. Te se reakcije mogu pojaviti spontano ili umjetno.

Nuklearne reakcije su procesi kombinacije ili fragmentacije jezgri atoma Y subatomske čestice. Atomske jezgre mogu se kombinirati ili fragmentirati, oslobađajući ili apsorbirajući velike količine energije u procesu. Kada se jezgre fragmentiraju, proces je poznat kao nuklearna fisija, a kada se kombiniraju naziva se nuklearna fuzija.

Nuklearna fisija događa se kada se teška atomska jezgra razbije na nekoliko jezgri manjih težina, također može proizvesti slobodne neutrone, fotone i fragmente jezgre. Nuklearna fuzija događa se kada se nekoliko atomskih jezgri sa sličnim nabojem spoje i tvore novu, težu jezgru. Te se reakcije odvijaju u jezgrama atoma određenih izotopa kemijski elementi poput urana (U) ili vodika (H).

Velika količina energije uključene u nuklearne reakcije u osnovi je posljedica činjenice da se dio mase reakcijskih čestica izravno pretvara u energiju. Ovaj je proces argumentirao njemački fizičar Albert Einstein postavivši svoju jednadžbu:

E = mc²

Gdje:

Kao što možete vidjeti, jednadžba koju je predložio Einstein povezuje masu i energiju.

Energija oslobođena u nuklearnim reakcijama može se koristiti za generiranje struja u termonuklearnim elektranama, u nuklearnoj medicini, u industriji, u rudarstvu, u arheologija i u mnogim drugim aplikacijama.

Njegova glavna upotreba je u stvaranju električna energija, gdje se nuklearna energija koristi za zagrijavanje velikih svezaka iz Voda ili generirati plinovi, čiji kalorijska energija zatim se koristi za pogon velikih turbina koje proizvode električnu energiju.

Kontrolirano korištenje nuklearne energije koristi se u dobrotvorne svrhe. Vrlo je važan izvor energije, ali se također, nažalost, koristi u vojne svrhe za proizvodnju nuklearnog oružja za masovno uništenje.

Kako se dobiva nuklearna energija?

Nuklearne reakcije proizvode iznimno nestabilne atome.

Nuklearna energija se dobiva kao rezultat nuklearne reakcije u određenim atomskim jezgrama određenih kemijskih elemenata. Neki od najvažnijih procesa za dobivanje nuklearne energije su fisija izotopa urana-235 (235U) elementa urana (U) i fuzija izotopa deuterij-tricij (2H-3H) elementa vodika (H) , iako se također Nuklearna energija može dobiti iz nuklearnih reakcija u izotopima torij-232 (232Th), plutonij-239 (239Pu), stroncij-90 (90Sr) ili polonij-210 (210Po).

Fisija urana-235 (235U) je egzotermna reakcija, odnosno oslobađa puno energije. Oslobođena energija zagrijava medij u kojem se odvija reakcija, a to može biti npr. voda.

Da bi došlo do fisije, izotop 235U se bombardira neutroni besplatno (iako se može i bombardirati sa protona, druge jezgre ili gama zrake) čija je brzina vrlo kontrolirana. Na taj način jezgra može apsorbirati slobodni neutron, uzrokujući njegovu destabilizaciju i fragmentaciju te generirati druge manje jezgre, slobodne neutrone, druge subatomske čestice i velike količine energije. Važno je kontrolirati brzinu neutrona jer ako je vrlo visoka, oni bi se jednostavno mogli sudariti s jezgrom ili proći kroz nju, a ne bi se apsorbirali da bi proizveli fisiju.

Nuklearna fisija stvara slobodne neutrone i druge čestice.

Čestice nastale kao rezultat cijepanja jezgre, zauzvrat mogu biti apsorbirane od strane drugih susjednih jezgri, što će također biti fisijsko, a čestice koje nastaju kao rezultat ove druge fisije mogu se, opet, apsorbirati od strane druge jezgre, i tako dalje, proizvodeći ono što je poznato kao: Lančana reakcija.

Kontrolirane nuklearne lančane reakcije imaju mnoge korisne primjene, kao što je gore spomenuto. Međutim, kada je lančana reakcija nekontrolirana, nastavlja se sve dok više ne bude materijala za fisiju, što se događa u kratkom vremenu. Ovaj nekontrolirani proces početak je djelovanja atomskih bombi koje su Sjedinjene Države bacile na Japan u Drugog svjetskog rata.

S druge strane, fuzija para deuterij-tricij (2H-3H) je najjednostavniji proces nuklearne fuzije koji postoji. Da bi došlo do ove fuzije potrebno je približiti dva protona (jedan iz 2H, a drugi iz 3H) kako bi sile jake nuklearne interakcije (sile koje spajaju nukleone, odnosno protone i neutrone, a koje moraju prevladati sila odbijanja između protona, budući da imaju isti naboj) premašuju sile elektrostatičke interakcije, budući da protoni imaju pozitivan naboj, pa se međusobno odbijaju. Da bi se to postiglo, primjenjuju se određeni pritisci i dekompresije, kao i temperature vrlo specifično. Ovaj proces fuzije proizvodi jezgru 4He, neutron i veliku količinu energije.

Nuklearne reakcije proizvode nestabilne atome.

Nuklearna fuzija je proces koji se događa spontano u zvijezde, na primjer, Sunce, ali koje je također generirano umjetno.

Općenito, nuklearne reakcije proizvode nestabilne atome, koji, kako bi se stabilizirali, emitiraju višak energije u okoliš za određeno vrijeme. Ova emitirana energija naziva se ionizirajuće zračenje, koje ima dovoljno energije da ionizira materija oko njega, zbog čega je zračenje iznimno opasno za sve oblike života.

Čemu služi nuklearna energija?

Miroljubive upotrebe nuklearne energije brojne su, ne samo za proizvodnju električne energije (koja je već od ogromne važnosti u današnjem industrijaliziranom svijetu), nego i za proizvodnju upotrebljive i uvlačive toplinske energije, ili mehanička energija, pa čak i oblici ionizirajućeg zračenja koji se mogu koristiti za sterilizaciju medicinskog ili kirurškog materijala. Također se koristi za pogon vozila, kao što su atomske podmornice.

Prednosti nuklearne energije

Prednosti nuklearne energije su:

  • Malo zagađuje. Sve dok nema nesreća i radioaktivnog otpada se pravilno zbrinjava, nuklearne elektrane manje zagađuju okoliš nego spaljuju fosilna goriva.
  • Sef. Sve dok zahtjevi od sigurnost, nuklearna energija može biti pouzdana, dosljedna i čista.
  • Učinkovit. Količina energije koju oslobađaju ove vrste nuklearnih reakcija ogromne su u usporedbi s količinom sirovina zahtijevaju.
  • Svestran. Važna je primjena zračenja i drugih oblika nuklearne energije u različitim područjima ljudskog znanja, poput medicine.

Nedostaci nuklearne energije

Nuklearna energija je opasna za civilno stanovništvo, pa čak i životinjski svijet.

Nedostaci nuklearne energije su:

  • Rizično U slučajevima nesreća, poput one koja se dogodila s nuklearnim reaktorom u Černobilu u prethodnom Sovjetski Savez, civilno stanovništvo, pa čak i životinjski svijet, izloženi su visokom riziku od radioaktivne kontaminacije.
  • Raspolaganje. Radioaktivnim nusproizvodima iz nuklearnih elektrana teško je rukovati, a neki imaju vrlo dug poluživot (vrijeme koje je potrebno radioaktivnom atomu da se raspadne).
  • Skup Stvaranje nuklearnih elektrana i njihovo korištenje tehnologija obično je jako skupo.

Karakteristike nuklearne energije

Općenito govoreći, nuklearna energija je moćna, učinkovita, pravo dostignuće ljudskog ovladavanja fizikom. Međutim, to je i rizična tehnologija: nakon što smo vidjeli katastrofe uzrokovane atomskim bombama u Hirošimi i Nagasakiju, ili nesreću u Černobilu u SSSR-u, poznato je da ova vrsta tehnologije predstavlja stvarnu opasnost za život na planeti. mi to znamo.

Primjeri nuklearne energije

Mirni primjer korištenja ove energije je svaka nuklearna elektrana, poput one u Ikati, u Japanu. Primjer njegove ratne upotrebe bilo je bombardiranje gradova Japanke iz Hirošime i Nagasakija 1945. tijekom Drugog svjetskog rata.

!-- GDPR -->