- Какво е ядрената енергия?
- Как се получава ядрената енергия?
- За какво е ядрената енергия?
- Предимства на ядрената енергия
- Недостатъци на ядрената енергия
- Характеристики на ядрената енергия
- Примери за ядрена енергия
Обясняваме какво е ядрената енергия и как се получава. Също така, за какво служи, предимства, недостатъци и някои примери.
Атомната енергия е безопасна, доста ефективна и гъвкава.Какво е ядрената енергия?
Ядрената енергия или атомната енергия е резултат от реакциите, които протичат в атомните ядра или между тях, тоест това е енергията, освободена при ядрени реакции. Тези реакции могат да възникнат спонтанно или изкуствено.
Ядрените реакции са процеси на комбиниране или фрагментиране на ядрата на атоми Й субатомни частици. Атомните ядра могат да се комбинират или фрагментират, освобождавайки или поглъщайки големи количества енергия в процеса. Когато ядрата се фрагментират, процесът е известен като ядрено делене, а когато се комбинират, се нарича ядрен синтез.
Ядреното делене настъпва, когато тежко атомно ядро се фрагментира на няколко ядра с по-малки тегло, като е в състояние също да произвежда свободни неутрони, фотони и фрагменти от ядрото. Ядреният синтез възниква, когато няколко атомни ядра с подобни заряди се комбинират, за да образуват ново, по-тежко ядро. Тези реакции протичат в ядрата на атомите на определени изотопи на химични елементи като уран (U) или водород (H).
Голямото количество енергия, участващо в ядрените реакции, се дължи основно на факта, че част от масата на реагиращите частици се превръща директно в енергия. Този процес беше аргументиран от немския физик Алберт Айнщайн, като постави своето уравнение:
E = mc²
Където:
- И: Енергия
- м: маса
- ° С: скоростта на светлината
Както можете да видите, уравнението, предложено от Айнщайн, свързва масата и енергията.
Енергията, освободена при ядрени реакции, може да се използва за генериране електричество в термоядрени електроцентрали, в ядрена медицина, в индустрията, в минното дело, в археология и в много други приложения.
Основната му употреба е в генерирането на електрическа енергия, където ядрената енергия се използва за отопление на големи томове от Вода или да генерира газове, чийто калорична енергия след това се използва за задвижване на големи турбини, които произвеждат електричество.
Контролираното използване на ядрената енергия се използва за благотворителни цели. Той е много важен източник на енергия, но също така, за съжаление, се използва за военни цели за производството на ядрено оръжие за масово унищожение.
Как се получава ядрената енергия?
Ядрената енергия се получава в резултат на ядрената реакция в определени атомни ядра на определени химични елементи. Някои от най-важните процеси за получаване на ядрена енергия са деленето на изотопа уран-235 (235U) на елемента уран (U) и сливането на изотопите деутерий-тритий (2H-3H) на елемента водород (H) , въпреки че също Ядрената енергия може да бъде получена от ядрени реакции в изотопите торий-232 (232Th), плутоний-239 (239Pu), стронций-90 (90Sr) или полоний-210 (210Po).
Разделянето на уран-235 (235U) е екзотермична реакция, тоест отделя много енергия. Освободената енергия загрява средата, в която протича реакцията, която може да бъде вода, например.
За да се случи делене, изотопът 235U се бомбардира с неутрони безплатно (въпреки че може да бъде бомбардирано с протони, други ядра или гама лъчи), чиято скорост е много контролирана. По този начин свободният неутрон може да се абсорбира от ядрото, което го кара да се дестабилизира и фрагментира и да генерира други по-малки ядра, свободни неутрони, други субатомни частици и големи количества енергия. Важно е да се контролира скоростта на неутроните, защото ако е много висока, те могат просто да се сблъскат или да преминат през ядрото и няма да бъдат погълнати, за да произведат делене.
Частиците, генерирани в резултат на деленето на ядрото, могат от своя страна да бъдат абсорбирани от други съседни ядра, които също ще бъдат делени, а частиците, които се генерират в резултат на това друго делене, могат отново да бъдат абсорбирани от други ядра и т.н., произвеждайки това, което е известно като: Верижна реакция.
Контролираните ядрени верижни реакции имат много полезни приложения, както бе споменато по-горе. Въпреки това, когато верижната реакция е неконтролирана, тя продължава, докато няма повече материал за делене, което се случва за кратко време. Този неконтролиран процес е началото на действието на атомните бомби, хвърлени от Съединените щати върху Япония през Втората световна война.
От друга страна, сливането на двойката деутерий-тритий (2H-3H) е най-простият процес на ядрен синтез, който съществува. За да се случи това сливане, е необходимо два протона да се сближат (единият от 2H, а другият от 3H), така че силите на силно ядрено взаимодействие (силите, които обединяват нуклони, тоест протони и неутрони, и които трябва да преодолеят силата на отблъскване между протоните, тъй като те имат еднакъв заряд) надвишава силите на електростатичното взаимодействие, тъй като протоните имат положителен заряд, така че те са склонни да се отблъскват един друг. За да се постигне това, се прилагат определени натиск и декомпресии, както и температури много конкретно. Този процес на синтез произвежда ядро 4He, неутрон и голямо количество енергия.
Ядреният синтез е процес, който протича спонтанно в звезди, например Слънцето, но което също е създадено изкуствено.
Като цяло, ядрените реакции произвеждат нестабилни атоми, които, за да се стабилизират, излъчват излишна енергия към заобикаляща среда за определено време. Тази излъчена енергия се нарича йонизиращо лъчение, което има достатъчно енергия, за да йонизира материя около него, поради което радиацията е изключително опасна за всички форми на живот.
За какво е ядрената енергия?
Мирното използване на ядрената енергия е многобройно, не само за производството на електроенергия (което вече е от огромно значение в днешния индустриализиран свят), но също така и за производството на използваема и прибираща се топлинна енергия или на механична енергияи дори форми на йонизиращо лъчение, които могат да се използват за стерилизиране на медицински или хирургически материали. Използва се и за задвижване на превозни средства, като атомни подводници.
Предимства на ядрената енергия
Предимствата на ядрената енергия са:
- Малко замърсяващо. Докато няма аварии и радиоактивните отпадъци се изхвърлят правилно, атомните електроцентрали замърсяват околната среда по-малко от изгарянето изкопаеми горива.
- Сейф. Докато изискванията на сигурност, ядрената енергия може да бъде надеждна, последователна и чиста.
- Ефективна. Количествата енергия, освободена от тези видове ядрени реакции, са огромни в сравнение с количеството на суров материал те изискват.
- Универсален. Прилагането на радиация и други форми на ядрена енергия в различни области на човешкото познание, като медицината, е важно.
Недостатъци на ядрената енергия
Недостатъците на ядрената енергия са:
- Рисковано В случаи на аварии, като тази с ядрения реактор в Чернобил в първия съветски съюз, цивилното население и дори животинският свят са изложени на висок риск от радиоактивно замърсяване.
- Изхвърляне. Радиоактивните странични продукти от атомните електроцентрали са трудни за обработка и някои имат много дълъг полуживот (времето, необходимо за разпадане на радиоактивен атом).
- Скъпо Създаването на атомни електроцентрали и използването на това технология обикновено е много скъпо.
Характеристики на ядрената енергия
Най-общо казано, ядрената енергия е мощна, ефективна, истинско постижение на човешкото майсторство над физиката. Това обаче е и рискова технология: след като видяхме бедствията, причинени от атомните бомби в Хирошима и Нагасаки, или аварията в Чернобил в СССР, се знае, че този тип технологии представляват реална опасност за живота на планетата. ние го знаем.
Примери за ядрена енергия
Мирен пример за използване на тази енергия е всяка атомна електроцентрала, като тази в Иката, Япония. Пример за нейното войнствено използване е бомбардировката на градове Японки от Хирошима и Нагасаки през 1945 г. по време на Втората световна война.