ydinenergia

Kemia

2022

Selitämme mitä ydinenergia on ja miten sitä saadaan. Lisäksi mitä varten se on, edut, haitat ja joitain esimerkkejä.

Atomienergia on turvallista, varsin tehokasta ja monipuolista.

Mitä ydinenergia on?

Ydinenergia tai atomienergia on tulosta atomiytimissä tai niiden välillä tapahtuvista reaktioista, eli se on ydinreaktioissa vapautuvaa energiaa. Nämä reaktiot voivat ilmaantua spontaanisti tai keinotekoisesti.

Ydinreaktiot ovat ytimien yhdistämis- tai fragmentointiprosesseja atomeja Y atomia pienemmät hiukkaset. Atomiytimet voivat yhdistyä tai fragmentoitua vapauttaen tai absorboimalla suuria määriä energiaa prosessissa. Kun ytimet hajoavat, prosessia kutsutaan ydinfissioksi, ja kun ne yhdistyvät, sitä kutsutaan ydinfuusioksi.

Ydinfissio tapahtuu, kun raskas atomiydin hajoaa useisiin pienempiin ytimiin paino, joka pystyy myös tuottamaan vapaita neutroneja, fotoneja ja ytimen fragmentteja. Ydinfuusio tapahtuu, kun useat atomiytimet, joilla on samanlaiset varaukset, yhdistyvät muodostaen uuden, raskaamman ytimen. Nämä reaktiot tapahtuvat tiettyjen isotooppien atomien ytimissä kemiallisia alkuaineita kuten uraani (U) tai vety (H).

Ydinreaktioihin liittyvä suuri energiamäärä johtuu pohjimmiltaan siitä, että osa reagoivien hiukkasten massasta muuttuu suoraan energiaksi. Saksalainen fyysikko Albert Einstein väitti tätä prosessia esittämällä yhtälön:

E = mc²

Missä:

Kuten näet, Einsteinin ehdottama yhtälö yhdistää massan ja energian.

Ydinreaktioissa vapautuvaa energiaa voidaan käyttää tuottamiseen sähköä lämpöydinvoimaloissa, ydinlääketieteessä, teollisuudessa, kaivostoiminnassa, in arkeologia ja monissa muissa sovelluksissa.

Sen pääasiallinen käyttö on sukupolvessa Sähkövoima, jossa ydinenergialla lämmitetään suuria volyymit alkaen Vesi tai luoda kaasut, kenen kalorienergiaa sitä käytetään sitten suurten turbiinien ohjaamiseen, jotka tuottavat sähköä.

Ydinenergian hallittua käyttöä käytetään hyväntekeväisyyteen. Se on erittäin tärkeä energialähde, mutta valitettavasti sitä käytetään myös sotilaallisiin tarkoituksiin joukkotuhoaseiden valmistukseen.

Miten ydinenergiaa saadaan?

Ydinreaktioissa syntyy erittäin epävakaita atomeja.

Ydinenergiaa saadaan tiettyjen kemiallisten alkuaineiden tietyissä atomiytimissä tapahtuvan ydinreaktion tuloksena. Tärkeimpiä prosesseja ydinenergian saamiseksi ovat uraanin (U) isotoopin uraani-235 (235U) fissio ja vedyn (H) isotooppien deuterium-tritium (2H-3H) fuusio. , vaikka myös Ydinenergiaa voidaan saada ydinreaktioista isotoopeissa torium-232 (232Th), plutonium-239 (239Pu), strontium-90 (90Sr) tai polonium-210 (210Po).

Uraani-235:n (235U) fissio on eksoterminen reaktio, eli se vapauttaa paljon energiaa. Vapautunut energia lämmittää väliainetta, jossa reaktio tapahtuu, joka voi olla esimerkiksi vesi.

Fission tapahtumiseksi pommitetaan 235U-isotooppia neutroneja ilmainen (vaikka se voidaan myös pommittaa protonit, muut ytimet tai gammasäteet), joiden nopeus on hyvin kontrolloitu. Tällä tavalla ydin voi absorboida vapaan neutronin, mikä saa sen epävakaaksi ja hajoamaan ja synnyttää muita pienempiä ytimiä, vapaita neutroneja, muita subatomisia hiukkasia ja suuria määriä energiaa. On tärkeää hallita neutronien nopeutta, koska jos se on erittäin suuri, ne voivat yksinkertaisesti törmätä ytimeen tai kulkea sen läpi, eivätkä ne absorboituisi aiheuttamaan fissiota.

Ydinfissio synnyttää vapaita neutroneja ja muita hiukkasia.

Ytimen fission seurauksena syntyneet hiukkaset voivat puolestaan ​​absorboitua muihin viereisiin ytimiin, mikä on myös fissiota, ja tämän toisen fission seurauksena syntyneet hiukkaset voivat taas absorboitua muut ytimet ja niin edelleen, jotka tuottavat niin sanotun: Ketjureaktion.

Hallitulla ydinketjureaktiolla on monia hyödyllisiä sovelluksia, kuten edellä mainittiin. Kuitenkin, kun ketjureaktio on hallitsematon, se jatkuu, kunnes fissiossa ei ole enää materiaalia, mikä tapahtuu lyhyessä ajassa. Tämä hallitsematon prosessi on Yhdysvaltojen Japaniin pudottamien atomipommien toiminnan alku. WWII.

Toisaalta deuterium-tritium-parin (2H-3H) fuusio on yksinkertaisin olemassa oleva ydinfuusioprosessi. Jotta tämä fuusio voi tapahtua, on välttämätöntä tuoda kaksi protonia lähemmäksi toisiaan (toinen 2H:sta ja toinen 3H:sta), jotta voimakkaat ydinvuorovaikutusvoimat (voimat, jotka yhdistävät nukleoneja, eli protoneja ja neutroneja, ja joiden on voitettava protonien välinen hylkäysvoima, koska niillä on sama varaus) ylittää sähköstaattiset vuorovaikutusvoimat, koska protoneilla on positiivinen varaus, joten ne pyrkivät hylkimään toisiaan. Tämän saavuttamiseksi käytetään tiettyjä paineita ja dekompressioita sekä lämpötilat hyvin spesifinen. Tämä fuusioprosessi tuottaa 4He-ytimen, neutronin ja suuren määrän energiaa.

Ydinreaktiot tuottavat epävakaita atomeja.

Ydinfuusio on prosessi, joka tapahtuu spontaanisti tähdet, esimerkiksi Aurinko, mutta joka on myös luotu keinotekoisesti.

Yleensä ydinreaktiot tuottavat epävakaita atomeja, jotka stabiloituakseen vapauttavat ylimääräistä energiaa ympäristöön määrätyn ajan. Tätä säteilevää energiaa kutsutaan ionisoivaksi säteilyksi, jolla on tarpeeksi energiaa ionisoimaan asia sen ympärillä, minkä vuoksi säteily on erittäin vaarallista kaikille elämänmuodoille.

Mihin ydinenergia on tarkoitettu?

Ydinenergian rauhanomaiset käyttötarkoitukset ovat lukuisia, ei vain sähkön tuotantoon (millä on jo valtava merkitys nykypäivän teollistuneessa maailmassa), vaan myös käyttökelpoisen ja sisäänvedettävän lämpöenergian tai lämpöenergian tuottamiseen. mekaaninen energiaja jopa ionisoivan säteilyn muodot, joita voidaan käyttää lääketieteellisen tai kirurgisen materiaalin sterilointiin. Sitä käytetään myös ajoneuvojen, kuten atomisukellusveneiden, voimanlähteenä.

Ydinenergian edut

Ydinenergian edut ovat:

  • Vähän saastuttavaa. Niin kauan kuin onnettomuuksia ei tapahdu ja radioaktiiviset jätteet loppusijoitetaan asianmukaisesti, ydinvoimalat saastuttavat ympäristöä vähemmän kuin polttaminen fossiiliset polttoaineet.
  • Turvallinen. Niin kauan kuin vaatimukset turvallisuus, ydinvoima voi olla luotettavaa, johdonmukaista ja puhdasta.
  • Tehokas. Tällaisten ydinreaktioiden vapauttamat energiamäärät ovat valtavia verrattuna niiden määrään raaka materiaali he vaativat.
  • Monipuolinen. Säteilyn ja muiden ydinenergian muotojen soveltaminen ihmisten tietämyksen eri alueilla, kuten lääketieteessä, on tärkeää.

Ydinenergian haitat

Ydinenergia on vaarallista siviiliväestölle ja jopa eläimille.

Ydinvoiman haitat ovat:

  • Riskialtista Onnettomuustapauksissa, kuten Tšernobylin ydinreaktorissa entisessä Neuvostoliittosiviiliväestö ja jopa eläinelämä ovat suuressa radioaktiivisen saastumisen vaarassa.
  • Hävittäminen. Ydinvoimalaitosten radioaktiivisia sivutuotteita on vaikea käsitellä, ja joillakin on erittäin pitkä puoliintumisaika (aika, joka kuluu radioaktiivisen atomin hajoamiseen).
  • Kallis Ydinvoimaloiden rakentaminen ja sen käyttö teknologiaa se on yleensä erittäin kallista.

Ydinenergian ominaisuudet

Yleisesti ottaen ydinenergia on voimakasta, tehokasta, todellinen saavutus ihmisen fysiikan hallintaan. Se on kuitenkin myös riskialtista tekniikkaa: nähtyään Hiroshiman ja Nagasakin atomipommien aiheuttamat katastrofit tai Tšernobylin onnettomuus Neuvostoliitossa, tiedetään, että tämäntyyppinen tekniikka on todellinen vaara planeetan elämälle. tiedämme sen.

Esimerkkejä ydinenergiasta

Rauhanomaisena esimerkkinä tämän energian käytöstä on mikä tahansa ydinvoimala, kuten Ikatassa Japanissa. Esimerkki sen sotakäytöstä oli pommitukset kaupungit Japanilaisia ​​naisia ​​Hiroshimasta ja Nagasakista vuonna 1945 toisen maailmansodan aikana.

!-- GDPR -->