energie nucleară

Chimie

2022

Vă explicăm ce este energia nucleară și cum se obține. De asemenea, pentru ce este, avantaje, dezavantaje și câteva exemple.

Energia atomică este sigură, destul de eficientă și versatilă.

Ce este energia nucleară?

Energia nucleară sau energia atomică este rezultatul reacțiilor care au loc în nucleele atomice sau între ele, adică este energia eliberată în reacțiile nucleare. Aceste reacții pot apărea spontan sau artificial.

Reacțiile nucleare sunt procese de combinare sau fragmentare a nucleelor ​​de atomi Y particule subatomice. Nucleele atomice se pot combina sau fragmenta, eliberând sau absorbind cantități mari de energie în proces. Când nucleele se fragmentează, procesul este cunoscut sub numele de fisiune nucleară, iar când se combină se numește fuziune nucleară.

Fisiunea nucleară are loc atunci când un nucleu atomic greu este fragmentat în mai multe nuclee mai mici greutate, putând produce și neutroni liberi, fotoni și fragmente de nucleu. Fuziunea nucleară are loc atunci când mai multe nuclee atomice cu sarcini similare se combină pentru a forma un nou nucleu mai greu. Aceste reacții au loc în nucleele atomilor anumitor izotopi ai elemente chimice precum uraniul (U) sau hidrogenul (H).

Cantitatea mare de energie implicată în reacțiile nucleare se datorează în mod fundamental faptului că o parte din masa particulelor care reacţionează este transformată direct în energie. Acest proces a fost argumentat de fizicianul german Albert Einstein prin formularea ecuației sale:

E = mc²

Unde:

După cum puteți vedea, ecuația propusă de Einstein raportează masa și energia.

Energia eliberată în reacțiile nucleare poate fi folosită pentru a genera electricitate în centrale termonucleare, în medicină nucleară, în industrie, în minerit, în arheologie și în multe alte aplicații.

Utilizarea sa principală este în generarea de energie electrică, unde energia nucleară este folosită pentru a încălzi mari volumele din Apă sau pentru a genera gazele, a caror energie calorică este folosit apoi pentru a antrena turbine mari care produc electricitate.

Utilizarea controlată a energiei nucleare este folosită în scopuri caritabile. Este o sursă foarte importantă de energie dar și, din păcate, este folosită în scopuri militare pentru producerea de arme nucleare de distrugere în masă.

Cum se obține energia nucleară?

Reacțiile nucleare produc atomi extrem de instabili.

Energia nucleară se obține ca urmare a reacției nucleare în anumite nuclee atomice a anumitor elemente chimice. Unele dintre cele mai importante procese de obținere a energiei nucleare sunt fisiunea izotopului uraniu-235 (235U) al elementului uraniu (U) și fuziunea izotopilor deuteriu-tritiu (2H-3H) ai elementului hidrogen (H). , deși și energia nucleară poate fi obținută din reacții nucleare în izotopii toriu-232 (232Th), plutoniu-239 (239Pu), stronțiu-90 (90Sr) sau poloniu-210 (210Po).

Fisiunea uraniului-235 (235U) este o reacție exotermă, adică eliberează multă energie. Energia eliberată încălzește mediul în care are loc reacția, care ar putea fi apa, de exemplu.

Pentru ca fisiunea să aibă loc, izotopul 235U este bombardat cu neutroni gratuit (deși poate fi și bombardat cu protoni, alte nuclee sau raze gamma) a căror viteză este foarte controlată. În acest fel, un neutron liber poate fi absorbit de nucleu, făcându-l să se destabilizeze și să se fragmenteze și să genereze alte nuclee mai mici, neutroni liberi, alte particule subatomice și cantități mari de energie. Este important să controlăm viteza neutronilor, deoarece, dacă aceasta este foarte mare, aceștia ar putea pur și simplu să se ciocnească sau să treacă prin nucleu și nu ar fi absorbiți pentru a produce fisiune.

Fisiunea nucleară generează neutroni liberi și alte particule.

Particulele generate ca urmare a fisiunii unui nucleu pot fi, la rândul lor, absorbite de alte nuclee vecine, care vor fi, de asemenea, fisiune, iar particulele care sunt generate ca urmare a acestei alte fisiuni pot fi, din nou, absorbite de alte nuclee și așa mai departe, producând ceea ce este cunoscut ca: reacție în lanț.

Reacțiile nucleare controlate în lanț au multe aplicații benefice, așa cum sa menționat mai sus. Cu toate acestea, atunci când reacția în lanț este necontrolată, ea continuă până când nu mai există material de fisiune, ceea ce are loc într-un timp scurt. Acest proces necontrolat este începutul funcționării bombelor atomice aruncate de Statele Unite asupra Japoniei în al Doilea Război Mondial.

Pe de altă parte, fuziunea perechii deuteriu-tritiu (2H-3H) este cel mai simplu proces de fuziune nucleară care există. Pentru ca această fuziune să aibă loc, este necesar să se apropie doi protoni (unul din 2H și celălalt din 3H) astfel încât forțele de interacțiune nucleară puternică (forțe care unesc nucleonii, adică protonii și neutronii, și care trebuie să depășească forța de repulsie dintre protoni, deoarece au aceeași sarcină) depășește forțele de interacțiune electrostatică, deoarece protonii au o sarcină pozitivă, deci tind să se respingă între ei. Pentru a realiza acest lucru se aplică anumite presiuni și decompresii, precum și temperaturile foarte specific. Acest proces de fuziune produce un nucleu 4He, un neutron și o cantitate mare de energie.

Reacțiile nucleare produc atomi instabili.

Fuziunea nucleară este un proces care are loc spontan în stele, de exemplu, Soarele, dar care a fost și generat artificial.

În general, reacțiile nucleare produc atomi instabili, care, pentru a se stabiliza, emit exces de energie către mediu inconjurator pentru un timp specificat. Această energie emisă se numește radiație ionizantă, care are suficientă energie pentru a ioniza materie în jurul lui, motiv pentru care radiațiile sunt extrem de periculoase pentru toate formele de viață.

Pentru ce este energia nucleară?

Utilizările pașnice ale energiei nucleare sunt numeroase, nu numai pentru generarea de energie electrică (care este deja de o importanță enormă în lumea industrializată de astăzi), ci și pentru producerea de energie termică utilizabilă și retractabilă, sau de energie mecanică, și chiar forme de radiații ionizante care pot fi utilizate pentru sterilizarea materialului medical sau chirurgical. De asemenea, este folosit pentru a alimenta vehicule, cum ar fi submarinele atomice.

Avantajele energiei nucleare

Avantajele energiei nucleare sunt:

  • Puțin poluant. Atâta timp cât nu există accidente și deșeurile radioactive sunt eliminate în mod corespunzător, centralele nucleare poluează mediul mai puțin decât arderea. combustibili fosili.
  • Sigur. Atâta timp cât cerințele de Securitate, energia nucleară poate fi fiabilă, consecventă și curată.
  • Eficient. Cantitățile de energie eliberate de aceste tipuri de reacții nucleare sunt masive în comparație cu cantitatea de materii prime cer ei.
  • Versatil. Aplicarea radiațiilor și a altor forme de energie nucleară în diferite domenii ale cunoașterii umane, cum ar fi medicina, sunt importante.

Dezavantajele energiei nucleare

Energia nucleară este periculoasă pentru populația civilă și chiar pentru viața animală.

Dezavantajele energiei nucleare sunt:

  • Riscant În cazuri de accidente, precum cel care a avut loc cu reactorul nuclear de la Cernobîl în primul Uniunea Sovietica, populația civilă și chiar viața animală prezintă un risc ridicat de contaminare radioactivă.
  • Eliminare. Produsele secundare radioactive de la centralele nucleare sunt greu de manipulat, iar unele au un timp de înjumătățire foarte lung (timpul necesar pentru ca un atom radioactiv să se dezintegreze).
  • Scump Crearea centralelor nucleare și utilizarea acestora tehnologie este de obicei foarte scump.

Caracteristicile energiei nucleare

În linii mari, energia nucleară este puternică, eficientă, o adevărată realizare a stăpânirii umane asupra fizicii. Totuși, este și o tehnologie riscantă: după ce am văzut dezastrele provocate de bombele atomice de la Hiroshima și Nagasaki, sau accidentul de la Cernobîl din URSS, se știe că acest tip de tehnologie reprezintă un pericol real pentru viața de pe planetă. noi stim asta.

Exemple de energie nucleară

Un exemplu pașnic de utilizare a acestei energii este orice centrală nucleară, precum cea de la Ikata, în Japonia. Un exemplu al utilizării sale războinice a fost bombardarea lui orase Femei japoneze din Hiroshima și Nagasaki în 1945 în timpul celui de-al Doilea Război Mondial.

!-- GDPR -->