atomenerģija

Ķīmija

2022

Mēs izskaidrojam, kas ir kodolenerģija un kā tā tiek iegūta. Kā arī, kam tas paredzēts, priekšrocības, trūkumi un daži piemēri.

Atomenerģija ir droša, diezgan efektīva un daudzpusīga.

Kas ir kodolenerģija?

Kodolenerģija jeb atomenerģija ir tādu reakciju rezultāts, kas notiek atomu kodolos vai starp tiem, tas ir, tā ir kodolreakcijās izdalītā enerģija. Šīs reakcijas var rasties spontāni vai mākslīgi.

Kodolreakcijas ir kodolu apvienošanās vai sadrumstalotības procesi atomi Y subatomiskās daļiņas. Atomu kodoli var apvienoties vai sadalīties, procesā atbrīvojot vai absorbējot lielu daudzumu enerģijas. Kad kodoli sadrumstalojas, procesu sauc par kodola skaldīšanu, un, kad tie apvienojas, to sauc par kodolsintēzi.

Kodola dalīšanās notiek, kad smagais atoma kodols tiek sadrumstalots vairākos mazākos kodolos svars, spējot ražot arī brīvus neitronus, fotonus un kodola fragmentus. Kodolsintēze notiek, kad vairāki atomu kodoli ar līdzīgiem lādiņiem apvienojas, veidojot jaunu, smagāku kodolu. Šīs reakcijas notiek dažu izotopu atomu kodolos ķīmiskie elementi piemēram, urāns (U) vai ūdeņradis (H).

Kodolreakcijās iesaistītais lielais enerģijas daudzums pamatā ir saistīts ar faktu, ka daļa no reaģējošo daļiņu masas tiek tieši pārvērsta enerģijā. Šo procesu argumentēja vācu fiziķis Alberts Einšteins, izvirzot savu vienādojumu:

E = mc²

Kur:

Kā redzat, Einšteina piedāvātais vienādojums saista masu un enerģiju.

Kodolreakcijās atbrīvoto enerģiju var izmantot ģenerēšanai elektrība kodolelektrostacijās, kodolmedicīnā, rūpniecībā, kalnrūpniecībā, in arheoloģija un daudzās citās lietojumprogrammās.

Tās galvenā izmantošana ir paaudze Elektroenerģija, kur kodolenerģija tiek izmantota, lai apsildītu lielu apjomi no Ūdens vai ģenerēt gāzes, kura kaloriju enerģija pēc tam to izmanto, lai darbinātu lielas turbīnas, kas ražo elektrību.

Kontrolēta kodolenerģijas izmantošana tiek izmantota labdarības mērķiem. Tas ir ļoti svarīgs enerģijas avots, taču diemžēl to izmanto arī militāriem mērķiem masu iznīcināšanas kodolieroču ražošanai.

Kā iegūst kodolenerģiju?

Kodolreakciju rezultātā rodas ārkārtīgi nestabili atomi.

Kodolenerģija tiek iegūta kodolreakcijas rezultātā noteiktu ķīmisko elementu atsevišķos atomu kodolos. Daži no svarīgākajiem procesiem kodolenerģijas iegūšanai ir elementa urāna (U) izotopa urāna-235 (235U) skaldīšana un ūdeņraža (H) izotopu deitērija-tricija (2H-3H) saplūšana. , lai gan arī Kodolenerģiju var iegūt no kodolreakcijām izotopos torijs-232 (232Th), plutonijs-239 (239Pu), stroncijs-90 (90Sr) vai polonijs-210 (210Po).

Urāna-235 (235U) skaldīšana ir eksotermiska reakcija, tas ir, tas atbrīvo daudz enerģijas. Atbrīvotā enerģija silda vidi, kurā notiek reakcija, kas varētu būt, piemēram, ūdens.

Lai notiktu skaldīšana, 235U izotopu bombardē ar neitroni bezmaksas (lai gan to var arī bombardēt ar protoni, citi kodoli vai gamma stari), kuru ātrums ir ļoti kontrolēts. Tādā veidā kodols var absorbēt brīvu neitronu, izraisot tā destabilizāciju un fragmentāciju, kā arī ģenerēt citus mazākus kodolus, brīvus neitronus, citas subatomiskas daļiņas un lielu enerģijas daudzumu. Ir svarīgi kontrolēt neitronu ātrumu, jo, ja tas ir ļoti liels, tie var vienkārši sadurties ar kodolu vai iziet cauri tam, un tie netiktu absorbēti, lai radītu skaldīšanu.

Kodola dalīšanās rada brīvus neitronus un citas daļiņas.

Daļiņas, kas rodas kodola dalīšanās rezultātā, savukārt var absorbēt citi blakus esošie kodoli, kas arī būs skaldīšanās, un daļiņas, kas rodas šīs citas skaldīšanas rezultātā, var atkal absorbēt citi kodoli un tā tālāk, radot tā saukto: ķēdes reakciju.

Kā minēts iepriekš, kontrolētām kodolķēdes reakcijām ir daudz labvēlīgu pielietojumu. Tomēr, ja ķēdes reakcija ir nekontrolēta, tā turpinās, līdz vairs nav materiāla skaldīšanai, kas notiek īsā laikā. Šis nekontrolētais process ir ASV nomesto atombumbu darbības sākums Japānai. Otrais pasaules karš.

No otras puses, deitērija-tritija pāra (2H-3H) saplūšana ir vienkāršākais kodolsintēzes process, kāds pastāv. Lai šī saplūšana notiktu, ir nepieciešams tuvināt divus protonus (viens no 2H, bet otrs no 3H), lai radītu spēcīgas kodolenerģijas mijiedarbības spēki (spēki, kas apvieno nukleonus, tas ir, protonus un neitronus, un kuriem ir jāpārvar atgrūšanas spēks starp protoniem, jo ​​tiem ir vienāds lādiņš) pārsniedz elektrostatiskās mijiedarbības spēkus, jo protoniem ir pozitīvs lādiņš, tāpēc tie mēdz atgrūst viens otru. Lai to panāktu, tiek pielietoti noteikti spiedieni un dekompresijas, kā arī temperatūras ļoti specifisks. Šis saplūšanas process rada 4He kodolu, neitronu un lielu enerģijas daudzumu.

Kodolreakcijās rodas nestabili atomi.

Kodolsintēze ir process, kas notiek spontāni zvaigznes, piemēram, Saule, bet kas arī ir radīts mākslīgi.

Kopumā kodolreakcijās rodas nestabili atomi, kas, lai stabilizētu sevi, izdala lieko enerģiju vide uz noteiktu laiku. Šo emitēto enerģiju sauc par jonizējošo starojumu, kuram ir pietiekami daudz enerģijas, lai jonizētu jautājums ap to, tāpēc starojums ir ārkārtīgi bīstams visām dzīvības formām.

Kam paredzēta kodolenerģija?

Kodolenerģijas izmantošana miermīlīgiem nolūkiem ir daudzveidīga ne tikai elektroenerģijas ražošanai (kas jau ir ārkārtīgi svarīga mūsdienu industrializētajā pasaulē), bet arī izmantojamas un izvelkamas siltumenerģijas ražošanai. mehāniskā enerģija, un pat jonizējošā starojuma formas, ko var izmantot medicīnisko vai ķirurģisko materiālu sterilizēšanai. To izmanto arī transportlīdzekļu, piemēram, atomzemūdeņu, darbināšanai.

Kodolenerģijas priekšrocības

Kodolenerģijas priekšrocības ir:

  • Maz piesārņojošs. Kamēr nenotiek negadījumi un radioaktīvie atkritumi tiek pareizi apglabāti, atomelektrostacijas piesārņo vidi mazāk nekā dedzināšana fosilais kurināmais.
  • Drošs. Kamēr prasības drošību, kodolenerģija var būt uzticama, konsekventa un tīra.
  • Efektīvs. Enerģijas daudzums, ko izdala šāda veida kodolreakcijās, ir milzīgs, salīdzinot ar daudzumu izejviela viņi pieprasa.
  • Daudzpusīgs. Radiācijas un citu kodolenerģijas veidu pielietojums dažādās cilvēku zināšanu jomās, piemēram, medicīnā, ir svarīgs.

Kodolenerģijas trūkumi

Kodolenerģija ir bīstama civiliedzīvotājiem un pat dzīvnieku dzīvībai.

Kodolenerģijas trūkumi ir:

  • Riskanti Negadījumu gadījumos, piemēram, tajā, kas notika ar Černobiļas kodolreaktoru pirmajā Padomju savienība, civiliedzīvotāji un pat dzīvnieki ir pakļauti lielam radioaktīvā piesārņojuma riskam.
  • Atbrīvošanās. Atomelektrostaciju radioaktīvos blakusproduktus ir grūti apstrādāt, un dažiem ir ļoti ilgs pussabrukšanas periods (laiks, kas nepieciešams, lai radioaktīvais atoms sadalās).
  • Dārgi Atomelektrostaciju izveide un to izmantošana tehnoloģija tas parasti ir ļoti dārgs.

Kodolenerģijas raksturojums

Vispārīgi runājot, kodolenerģija ir spēcīga, efektīva, patiess cilvēka fizikas meistarības sasniegums. Tomēr tā ir arī riskanta tehnoloģija: pēc atombumbu izraisītajām katastrofām Hirosimā un Nagasaki vai Černobiļas avārijas PSRS laikā ir zināms, ka šāda veida tehnoloģija rada reālus draudus dzīvībai uz planētas. mēs to zinām.

Kodolenerģijas piemēri

Miermīlīgs šīs enerģijas izmantošanas piemērs ir jebkura atomelektrostacija, piemēram, Ikatā, Japānā. Tās kareivīgās izmantošanas piemērs bija bombardēšana pilsētas Japāņu sievietes no Hirosimas un Nagasaki 1945. gadā Otrā pasaules kara laikā.

!-- GDPR -->