- Что такое ядерная энергия?
- Как получается ядерная энергия?
- Для чего нужна ядерная энергия?
- Преимущества атомной энергетики
- Недостатки ядерной энергетики
- Характеристики ядерной энергетики
- Примеры ядерной энергетики
Мы объясняем, что такое ядерная энергия и как ее получают. Также, для чего это нужно, преимущества, недостатки и некоторые примеры.
Атомная энергия безопасна, достаточно эффективна и универсальна.Что такое ядерная энергия?
Ядерная энергия или атомная энергия - это результат реакций, которые происходят в атомных ядрах или между ними, то есть это энергия, выделяющаяся в ядерных реакциях. Эти реакции могут происходить спонтанно или искусственно.
Ядерные реакции - это процессы объединения или фрагментации ядер атомы Y субатомные частицы. Атомные ядра могут объединяться или фрагментироваться, высвобождая или поглощая при этом большое количество энергии. Когда ядра фрагментируются, этот процесс известен как ядерное деление, а когда они объединяются, это называется ядерным синтезом.
Ядерное деление происходит, когда тяжелое атомное ядро дробится на несколько ядер меньшего размера. масса, способные также производить свободные нейтроны, фотоны и фрагменты ядра. Ядерный синтез происходит, когда несколько ядер атомов с одинаковыми зарядами объединяются, чтобы сформировать новое, более тяжелое ядро. Эти реакции происходят в ядрах атомов некоторых изотопов химические элементы как уран (U) или водород (H).
Большое количество энергии, участвующее в ядерных реакциях, в основном связано с тем фактом, что часть массы реагирующих частиц напрямую преобразуется в энергию. Этот процесс доказал немецкий физик Альберт Эйнштейн, сформулировав свое уравнение:
E = mc²
Где:
- И: Энергия
- м: масса
- c: скорость света
Как видите, уравнение, предложенное Эйнштейном, связывает массу и энергию.
Энергия, выделяющаяся в ядерных реакциях, может быть использована для генерации электричество в термоядерных электростанциях, в ядерной медицине, в промышленности, в горнодобывающей промышленности, в археология и во многих других приложениях.
Его основное использование - создание электроэнергия, где ядерная энергия используется для нагрева больших тома от Воды или создать газы, чей калорийная энергия затем он используется для привода больших турбин, вырабатывающих электричество.
Контролируемое использование ядерной энергии используется в благотворительных целях. Это очень важный источник энергии, но, к сожалению, он также используется в военных целях для производства ядерного оружия массового уничтожения.
Как получается ядерная энергия?
Ядерная энергия получается в результате ядерной реакции в определенных атомных ядрах определенных химических элементов. Некоторые из наиболее важных процессов для получения ядерной энергии - это деление изотопа уран-235 (235U) элемента урана (U) и синтез изотопов дейтерий-тритий (2H-3H) элемента водорода (H). , хотя также ядерная энергия может быть получена в результате ядерных реакций в изотопах тория-232 (232Th), плутония-239 (239Pu), стронция-90 (90Sr) или полония-210 (210Po).
Деление урана-235 (235U) является экзотермической реакцией, то есть при этом выделяется много энергии. Выделяемая энергия нагревает среду, в которой происходит реакция, например, вода.
Чтобы произошло деление, изотоп 235U подвергается бомбардировке нейтроны бесплатно (хотя его тоже можно засыпать протоны, другие ядра или гамма-лучи), скорость которых очень сильно контролируется. Таким образом, свободный нейтрон может быть поглощен ядром, что приведет к его дестабилизации и фрагментации, а также к генерации других меньших ядер, свободных нейтронов, других субатомных частиц и большого количества энергии. Важно контролировать скорость нейтронов, потому что, если она очень высока, они могут просто столкнуться с ядром или пройти через него, и они не будут поглощены, чтобы произвести деление.
Частицы, образовавшиеся в результате деления ядра, могут, в свою очередь, поглощаться другими соседними ядрами, которые также будут делиться, а частицы, которые генерируются в результате этого другого деления, могут, опять же, быть поглощены другими соседними ядрами. другие ядра и т. д., вызывая так называемую цепную реакцию.
Как упоминалось выше, контролируемые цепные ядерные реакции имеют много полезных применений. Однако, когда цепная реакция неконтролируема, она продолжается до тех пор, пока не останется материала для деления, которое происходит за короткое время. Этот неконтролируемый процесс является началом действия атомных бомб, сброшенных Соединенными Штатами на Японию в Вторая мировая война.
С другой стороны, синтез пары дейтерий-тритий (2H-3H) - это самый простой из существующих процессов ядерного синтеза. Для этого синтеза необходимо сблизить два протона (один из 2H, а другой из 3H), чтобы силы сильного ядерного взаимодействия (силы, объединяющие нуклоны, то есть протоны и нейтроны, и которые должны преодолевать сила отталкивания между протонами, поскольку они имеют одинаковый заряд) превышает силы электростатического взаимодействия, поскольку протоны имеют положительный заряд, поэтому они стремятся отталкиваться друг от друга. Для этого применяются определенные давления и декомпрессии, а также температуры очень специфично. В процессе синтеза образуется ядро 4He, нейтрон и большое количество энергии.
Ядерный синтез - это процесс, спонтанно происходящий в звездынапример, Солнце, но оно также было создано искусственно.
Как правило, в ядерных реакциях образуются нестабильные атомы, которые, чтобы стабилизироваться, излучают избыточную энергию в окружающая обстановка на указанное время. Эта излучаемая энергия называется ионизирующим излучением, которое имеет достаточно энергии для ионизации иметь значение вокруг него, поэтому радиация чрезвычайно опасна для всех форм жизни.
Для чего нужна ядерная энергия?
Мирные виды использования ядерной энергии многочисленны, не только для производства электроэнергии (что уже имеет огромное значение в сегодняшнем промышленно развитом мире), но и для производства полезной и извлекаемой тепловой энергии или тепловой энергии. механическая энергияи даже формы ионизирующего излучения, которые можно использовать для стерилизации медицинского или хирургического материала. Он также используется для двигателей транспортных средств, таких как атомные подводные лодки.
Преимущества атомной энергетики
Преимущества атомной энергетики:
- Незначительное загрязнение. Пока нет аварий и радиоактивные отходы утилизируются должным образом, атомные электростанции загрязняют окружающую среду меньше, чем сжигание. ископаемое топливо.
- Безопасно. Пока требования безопасность, ядерная энергетика может быть надежной, стабильной и чистой.
- Эффективный. Количество энергии, выделяемой этими типами ядерных реакций, огромно по сравнению с количеством ингредиенты они требуют.
- Универсальный. Применение радиации и других форм ядерной энергии в различных областях человеческих знаний, таких как медицина, имеет важное значение.
Недостатки ядерной энергетики
К недостаткам ядерной энергетики можно отнести:
- Рискованно В случае аварий, подобных той, что произошла с чернобыльским ядерным реактором в бывшем Советский союз, гражданское население и даже животные подвергаются высокому риску радиоактивного заражения.
- Утилизация. С радиоактивными побочными продуктами атомных электростанций трудно обращаться, и некоторые из них имеют очень длительный период полураспада (время, необходимое для распада радиоактивного атома).
- Дорогой Создание атомных электростанций и использование этого технологии это обычно очень дорого.
Характеристики ядерной энергетики
Вообще говоря, ядерная энергия мощна и эффективна, это настоящее достижение человеческого превосходства над физикой. Однако это также рискованная технология: после того, как мы увидели катастрофы, вызванные атомными бомбами в Хиросиме и Нагасаки, или аварию на Чернобыльской АЭС в СССР, стало известно, что этот тип технологий представляет реальную опасность для жизни на планете. мы знаем это.
Примеры ядерной энергетики
Мирным примером использования этой энергии является любая атомная электростанция, например, в Икате, в Японии. Примером его боевого применения был обстрел города Японские женщины из Хиросимы и Нагасаки в 1945 году во время Второй мировой войны.