atomenergi

Kemi

2022

Vi forklarer, hvad kerneenergi er, og hvordan den opnås. Også hvad det er til, fordele, ulemper og nogle eksempler.

Atomenergi er sikker, ret effektiv og alsidig.

Hvad er kerneenergien?

Kerneenergi eller atomenergi er resultatet af de reaktioner, der opstår i atomkernerne eller mellem dem, det vil sige, det er den energi, der frigives i kernereaktioner. Disse reaktioner kan opstå spontant eller kunstigt.

Kernereaktioner er processer af kombination eller fragmentering af kernerne af atomer Y subatomære partikler. Atomkerner kan kombinere eller fragmentere, frigive eller absorbere store mængder energi i processen. Når kerner fragmenteres, er processen kendt som nuklear fission, og når de kombineres, kaldes det nuklear fusion.

Nuklear fission opstår, når en tung atomkerne er fragmenteret i flere kerner af mindre vægt, der også er i stand til at producere frie neutroner, fotoner og fragmenter af kernen. Nuklear fusion opstår, når flere atomkerner med lignende ladninger kombineres for at danne en ny, tungere kerne. Disse reaktioner forekommer i kernerne af atomerne i visse isotoper af kemiske grundstoffer som uran (U) eller brint (H).

Den store mængde energi, der er involveret i kernereaktioner, skyldes grundlæggende, at en del af massen af ​​de reagerende partikler omdannes direkte til energi. Denne proces blev argumenteret af den tyske fysiker Albert Einstein ved at stille sin ligning:

E = mc²

Hvor:

Som du kan se, relaterer den af ​​Einstein foreslåede ligning masse og energi.

Den energi, der frigives i nukleare reaktioner, kan bruges til at generere elektricitet i termonukleare kraftværker, i nuklear medicin, i industrien, i minedrift, i arkæologi og i mange andre applikationer.

Dens hovedanvendelse er i genereringen af elektrisk strøm, hvor atomenergi bruges til at opvarme store mængder fra Vand eller at generere gasser, hvis kalorie energi den bruges så til at drive store turbiner, der producerer elektricitet.

Den kontrollerede brug af atomenergi bruges til velgørende formål. Det er en meget vigtig energikilde, men den bruges desværre også til militære formål til fremstilling af masseødelæggelsesatomvåben.

Hvordan opnås kerneenergi?

Nukleare reaktioner biproducerer ekstremt ustabile atomer.

Kerneenergi opnås som et resultat af kernereaktionen i visse atomkerner af visse kemiske grundstoffer. Nogle af de vigtigste processer til at opnå kerneenergi er spaltningen af ​​isotopen uranium-235 (235U) af grundstoffet uran (U) og fusionen af ​​isotoperne deuterium-tritium (2H-3H) af grundstoffet brint (H) , selvom også Kerneenergi kan opnås fra kernereaktioner i isotoperne thorium-232 (232Th), plutonium-239 (239Pu), strontium-90 (90Sr) eller polonium-210 (210Po).

Spaltningen af ​​uranium-235 (235U) er en eksoterm reaktion, det vil sige, at den frigiver en masse energi. Den frigivne energi opvarmer det medium, som reaktionen foregår i, som for eksempel kunne være vand.

For at fission kan opstå, bliver 235U isotopen bombarderet med neutroner gratis (selvom det også kan bombarderes med protoner, andre kerner eller gammastråler), hvis hastighed er meget kontrolleret. På denne måde kan en fri neutron absorberes af kernen, hvilket får den til at destabilisere og fragmentere og generere andre mindre kerner, frie neutroner, andre subatomære partikler og store mængder energi. Det er vigtigt at kontrollere neutronernes hastighed, fordi hvis den er meget høj, kan de simpelthen kollidere med eller passere gennem kernen, og de ville ikke blive absorberet for at producere fission.

Nuklear fission genererer frie neutroner og andre partikler.

De partikler, der dannes som følge af spaltningen af ​​en kerne, kan igen absorberes af andre nabokerner, som også vil være fission, og de partikler, der dannes som et resultat af denne anden fission, kan igen blive absorberet af andre kerner og så videre, der producerer det, der er kendt som: Kædereaktion.

Kontrollerede nukleare kædereaktioner har mange gavnlige anvendelser, som nævnt ovenfor. Men når kædereaktionen er ukontrolleret, fortsætter den, indtil der ikke er mere materiale til fission, hvilket sker i løbet af kort tid. Denne ukontrollerede proces er begyndelsen på operationen af ​​de atombomber, som USA kastede over Japan i WWII.

På den anden side er fusionen af ​​deuterium-tritium-parret (2H-3H) den enkleste nukleare fusionsproces, der findes. For at denne fusion kan finde sted, er det nødvendigt at bringe to protoner tættere sammen (den ene fra 2H og den anden fra 3H), så kræfterne af stærk nuklear interaktion (kræfter, der forener nukleoner, dvs. protoner og neutroner, og som skal overvinde frastødningskraften mellem protoner, da de har samme ladning) overstiger de elektrostatiske interaktionskræfter, da protoner har en positiv ladning, så de har en tendens til at frastøde hinanden. For at opnå dette påføres visse tryk og dekompressioner, samt temperaturer meget specifik. Denne fusionsproces producerer en 4He-kerne, en neutron og en stor mængde energi.

Nukleare reaktioner producerer ustabile atomer.

Nuklear fusion er en proces, der opstår spontant i stjerner, for eksempel Solen, men som også er blevet frembragt kunstigt.

Generelt producerer nukleare reaktioner ustabile atomer, som for at stabilisere sig selv udsender overskydende energi til miljø for en bestemt tid. Denne udsendte energi kaldes ioniserende stråling, som har energi nok til at ionisere stof omkring det, hvorfor stråling er ekstremt farlig for alle livsformer.

Hvad er atomenergi til?

De fredelige anvendelser af atomenergi er talrige, ikke kun til produktion af elektricitet (som allerede er af enorm betydning i nutidens industrialiserede verden), men også til produktion af brugbar og tilbagetrækkelig varmeenergi, eller mekanisk energi, og endda former for ioniserende stråling, der kan bruges til at sterilisere medicinsk eller kirurgisk materiale. Det bruges også til at drive køretøjer, såsom atomubåde.

Fordele ved atomenergi

Fordelene ved atomenergi er:

  • Lidt forurenende. Så længe der ikke er nogen ulykker, og radioaktivt affald er korrekt bortskaffet, forurener atomkraftværker miljøet mindre end afbrænding fossile brændstoffer.
  • Sikker. Så længe kravene til sikkerhed, kan atomkraft være pålidelig, konsekvent og ren.
  • Effektiv. Mængderne af energi, der frigives ved disse typer kernereaktioner, er enorme sammenlignet med mængden af Råmateriale de kræver.
  • Alsidig. Anvendelsen af ​​stråling og andre former for atomenergi på forskellige områder af menneskelig viden, såsom medicin, er vigtig.

Ulemper ved atomenergi

Atomenergi er farlig for civilbefolkningen og endda dyrelivet.

Ulemperne ved atomkraft er:

  • Risikabel I tilfælde af ulykker, som den, der skete med Tjernobyl-atomreaktoren i fhv. Sovjetunionen, civilbefolkningen og endda dyrelivet er i høj risiko for radioaktiv forurening.
  • Bortskaffelse. Radioaktive biprodukter fra atomkraftværker er svære at håndtere, og nogle har en meget lang halveringstid (den tid det tager for et radioaktivt atom at gå i opløsning).
  • Dyrt Oprettelse af atomkraftværker og brugen af ​​disse teknologi det er normalt meget dyrt.

Karakteristika for kerneenergi

I store træk er atomenergi kraftfuld, effektiv, en sand præstation af menneskelig beherskelse over fysik. Det er dog også en risikabel teknologi: Efter at have set katastroferne forårsaget af atombomberne i Hiroshima og Nagasaki eller Tjernobyl-ulykken i USSR, er det kendt, at denne type teknologi udgør en reel fare for liv på planeten. vi ved det.

Eksempler på atomenergi

Et fredeligt eksempel på brugen af ​​denne energi er ethvert atomkraftværk, såsom det i Ikata i Japan. Et eksempel på dens krigeriske brug var bombardementet af byer Japanske kvinder fra Hiroshima og Nagasaki i 1945 under Anden Verdenskrig.

!-- GDPR -->