tuumaenergia

Keemia

2022

Selgitame, mis on tuumaenergia ja kuidas seda saadakse. Samuti, milleks see on, eelised, puudused ja mõned näited.

Aatomienergia on ohutu, üsna tõhus ja mitmekülgne.

Mis on tuumaenergia?

Tuumaenergia ehk aatomienergia on aatomituumades või nende vahel toimuvate reaktsioonide tulemus ehk see on tuumareaktsioonides vabanev energia. Need reaktsioonid võivad tekkida spontaanselt või kunstlikult.

Tuumareaktsioonid on tuumade ühendamise või killustumise protsessid aatomid Y subatomaarsed osakesed. Aatomituumad võivad ühineda või fragmenteeruda, vabastades või neelates protsessi käigus suures koguses energiat. Kui tuumad killustuvad, nimetatakse seda protsessi tuuma lõhustumiseks ja kui need ühinevad, nimetatakse seda tuumasünteesiks.

Tuuma lõhustumine toimub siis, kui raske aatomituum killuneb mitmeks väiksemaks tuumaks kaal, mis on võimeline tootma ka vabu neutroneid, footoneid ja tuuma fragmente. Tuumasünteesi tekib siis, kui mitu sarnase laenguga aatomituuma ühinevad, moodustades uue, raskema tuuma. Need reaktsioonid toimuvad teatud isotoopide aatomite tuumades keemilised elemendid nagu uraan (U) või vesinik (H).

Tuumareaktsioonides osalev suur energiahulk tuleneb põhimõtteliselt sellest, et osa reageerivate osakeste massist muundatakse otse energiaks. Seda protsessi väitis saksa füüsik Albert Einstein, esitades oma võrrandi:

E = mc²

Kus:

Nagu näete, seostab Einsteini pakutud võrrand massi ja energiat.

Tuumareaktsioonides vabanevat energiat saab kasutada genereerimiseks elektrit termotuumaelektrijaamades, tuumameditsiinis, tööstuses, kaevanduses, in arheoloogia ja paljudes teistes rakendustes.

Selle peamine kasutusala on genereerimine elektrienergia, kus tuumaenergiat kasutatakse suurte kütmiseks mahud alates Vesi või genereerida gaasid, kelle kalorienergia seejärel kasutatakse seda suurte turbiinide juhtimiseks, mis toodavad elektrit.

Tuumaenergia kontrollitud kasutamist kasutatakse heategevuseks. See on väga oluline energiaallikas, kuid kahjuks kasutatakse seda ka sõjalistel eesmärkidel massihävitusrelvade tootmiseks.

Kuidas saadakse tuumaenergiat?

Tuumareaktsioonide käigus tekivad äärmiselt ebastabiilsed aatomid.

Tuumaenergia saadakse teatud keemiliste elementide teatud aatomituumades toimuva tuumareaktsiooni tulemusena. Mõned kõige olulisemad protsessid tuumaenergia saamiseks on elemendi uraan (U) isotoobi uraan-235 (235U) lõhustumine ja elemendi vesiniku (H) deuteerium-triitiumi isotoopide (2H-3H) liitmine. , kuigi ka Tuumaenergiat võib saada tuumareaktsioonidest isotoopides toorium-232 (232Th), plutoonium-239 (239Pu), strontsium-90 (90Sr) või poloonium-210 (210Po).

Uraan-235 (235U) lõhustumine on eksotermiline reaktsioon, see tähendab, et see vabastab palju energiat. Vabanev energia soojendab keskkonda, milles reaktsioon toimub, milleks võib olla näiteks vesi.

Lõhustumise toimumiseks pommitatakse 235U isotoopi neutronid tasuta (kuigi seda saab ka pommitada prootonid, muud tuumad või gammakiired), mille kiirus on väga kontrollitud. Sel viisil saab tuumas neelduda vaba neutron, mis põhjustab selle destabiliseerumist ja killustumist ning tekitab muid väiksemaid tuumasid, vabu neutroneid, muid subatomaarseid osakesi ja suuri energiahulka. Oluline on kontrollida neutronite kiirust, sest kui see on väga suur, võivad nad tuumaga lihtsalt kokku põrgata või tuumaga läbi minna ning nad ei neelduks tuuma lõhustumiseks.

Tuuma lõhustumisel tekivad vabad neutronid ja muud osakesed.

Tuuma lõhustumise tulemusena tekkivad osakesed võivad omakorda neelduda teiste naabertuumade poolt, mis on samuti lõhustumine, ja selle teise lõhustumise tulemusena tekkivad osakesed võivad jällegi neelduda. muud tuumad ja nii edasi, tekitades nn: ahelreaktsiooni.

Kontrollitud tuuma ahelreaktsioonidel on palju kasulikke rakendusi, nagu eespool mainitud. Kui ahelreaktsioon on aga kontrollimatu, jätkub see seni, kuni lõhustumiseks enam materjali pole, mis toimub lühikese aja jooksul. See kontrollimatu protsess on Ameerika Ühendriikide poolt aastal Jaapanile visatud aatomipommide käitamise algus. II maailmasõda.

Teisest küljest on deuteeriumi-triitiumi paari (2H-3H) liitmine lihtsaim olemasolev tuumasünteesiprotsess. Selle ühinemise toimumiseks on vaja lähendada kaks prootonit (üks 2H-st ja teine ​​3H-st), et tekiksid tugeva tuuma vastasmõju jõud (jõud, mis ühendavad nukleone, st prootoneid ja neutroneid ja mis peavad ületama prootonite vaheline tõukejõud, kuna neil on sama laeng) ületab elektrostaatilisi vastasmõju jõude, kuna prootonitel on positiivne laeng, mistõttu nad kipuvad üksteist tõrjuma. Selle saavutamiseks rakendatakse teatud surved ja dekompressioonid, samuti temperatuurid väga spetsiifiline. See termotuumasünteesiprotsess tekitab 4He tuuma, neutroni ja suure hulga energiat.

Tuumareaktsioonid toodavad ebastabiilseid aatomeid.

Tuumasünteesi on protsess, mis toimub spontaanselt tähed, näiteks Päike, kuid mis on samuti kunstlikult loodud.

Üldiselt toodavad tuumareaktsioonid ebastabiilseid aatomeid, mis enda stabiliseerimiseks eraldavad liigset energiat keskkond määratud ajaks. Seda eralduvat energiat nimetatakse ioniseerivaks kiirguseks, millel on piisavalt energiat ioniseerimiseks asja selle ümber, mistõttu on kiirgus äärmiselt ohtlik kõigile eluvormidele.

Milleks on tuumaenergia?

Tuumaenergiat kasutatakse rahumeelseks kasutuseks arvukalt mitte ainult elektri tootmiseks (mis on tänapäevases tööstusmaailmas juba tohutu tähtsusega), vaid ka kasutatava ja sissetõmmatava soojusenergia tootmiseks. mehaaniline energiaja isegi ioniseeriva kiirguse vorme, mida saab kasutada meditsiiniliste või kirurgiliste materjalide steriliseerimiseks. Seda kasutatakse ka sõidukite, näiteks aatomiallveelaevade toiteks.

Tuumaenergia eelised

Tuumaenergia eelised on järgmised:

  • Vähe saastav. Kuni õnnetusi ei toimu ja radioaktiivsed jäätmed on nõuetekohaselt kõrvaldatud, saastavad tuumaelektrijaamad keskkonda vähem kui põletamine fossiilkütused.
  • Ohutu. Niikaua kui nõuded turvalisus, võib tuumaenergia olla usaldusväärne, järjepidev ja puhas.
  • Tõhus. Seda tüüpi tuumareaktsioonidest vabanevad energiakogused on tohutud, võrreldes tuumaga toormaterjal nad nõuavad.
  • Mitmekülgne. Oluline on kiirguse ja muude tuumaenergia vormide rakendamine erinevates inimteadmiste valdkondades, näiteks meditsiinis.

Tuumaenergia miinused

Tuumaenergia on ohtlik tsiviilelanikkonnale ja isegi loomadele.

Tuumaenergia puudused on järgmised:

  • Riskantne Õnnetuste korral, nagu see, mis juhtus Tšernobõli tuumareaktoriga Nõukogude Liit, tsiviilelanikkonnal ja isegi loomadel on suur radioaktiivse saastumise oht.
  • Utiliseerimine. Tuumaelektrijaamade radioaktiivseid kõrvalsaadusi on raske käsitseda ja mõnel on väga pikk poolestusaeg (aeg, mis kulub radioaktiivse aatomi lagunemiseks).
  • Kallis Tuumaelektrijaamade loomine ja selle kasutamine tehnoloogia see on tavaliselt väga kallis.

Tuumaenergia omadused

Laias laastus võib öelda, et tuumaenergia on võimas, tõhus, inimkonna tõeline saavutus füüsika üle. Samas on see ka riskantne tehnoloogia: pärast Hiroshima ja Nagasaki aatomipommide või NSV Liidus toimunud Tšernobõli avarii nägemist on teada, et seda tüüpi tehnoloogia kujutab endast reaalset ohtu planeedi elule. me teame seda.

Näited tuumaenergiast

Rahumeelne näide selle energia kasutamisest on mis tahes tuumaelektrijaam, näiteks Ikatas asuv Jaapanis. Selle sõjalise kasutamise näide oli pommitamine linnad Jaapani naised Hiroshimast ja Nagasakist 1945. aastal Teise maailmasõja ajal.

!-- GDPR -->