tenaga nuklear

Kimia

2022

Kami menerangkan apa itu tenaga nuklear dan bagaimana ia diperoleh. Juga, untuk apa ia, kelebihan, kekurangan dan beberapa contoh.

Tenaga atom selamat, cukup cekap dan serba boleh.

Apakah tenaga nuklear?

Tenaga nuklear atau tenaga atom adalah hasil tindak balas yang berlaku dalam nukleus atom atau antaranya, iaitu tenaga yang dibebaskan dalam tindak balas nuklear. Tindak balas ini boleh berlaku secara spontan atau buatan.

Tindak balas nuklear ialah proses gabungan atau pemecahan nukleus atom Y zarah subatomik. Nukleus atom boleh bergabung atau berpecah, melepaskan atau menyerap sejumlah besar tenaga dalam proses itu. Apabila serpihan nukleus, proses itu dikenali sebagai pembelahan nuklear, dan apabila mereka bergabung ia dipanggil gabungan nuklear.

Pembelahan nuklear berlaku apabila nukleus atom yang berat dipecah menjadi beberapa nukleus yang lebih kecil. berat badan, mampu juga menghasilkan neutron, foton dan serpihan bebas nukleus. Pelaburan nuklear berlaku apabila beberapa nukleus atom dengan cas yang serupa bergabung untuk membentuk nukleus baru yang lebih berat. Tindak balas ini berlaku dalam nukleus atom isotop tertentu unsur kimia seperti uranium (U) atau hidrogen (H).

Sebilangan besar tenaga yang terlibat dalam tindak balas nuklear pada asasnya disebabkan oleh fakta bahawa sebahagian daripada jisim zarah yang bertindak balas ditukar kepada tenaga secara langsung. Proses ini dihujahkan oleh ahli fizik Jerman Albert Einstein dengan mengemukakan persamaannya:

E = mc²

di mana:

Seperti yang anda lihat, persamaan yang dicadangkan oleh Einstein mengaitkan jisim dan tenaga.

Tenaga yang dibebaskan dalam tindak balas nuklear boleh digunakan untuk menjana elektrik dalam loji kuasa termonuklear, dalam perubatan nuklear, dalam industri, dalam perlombongan, dalam arkeologi dan dalam banyak aplikasi lain.

Kegunaan utamanya adalah dalam penjanaan kuasa elektrik, di mana tenaga nuklear digunakan untuk memanaskan secara besar-besaran jilid daripada air atau untuk menjana gas, siapa tenaga kalori ia kemudiannya digunakan untuk memacu turbin besar yang menghasilkan tenaga elektrik.

Penggunaan tenaga nuklear terkawal digunakan untuk tujuan amal. Ia adalah sumber tenaga yang sangat penting tetapi juga, malangnya, ia digunakan untuk tujuan ketenteraan untuk pengeluaran senjata nuklear pemusnah besar-besaran.

Bagaimanakah tenaga nuklear diperolehi?

Tindak balas nuklear dengan menghasilkan atom yang sangat tidak stabil.

Tenaga nuklear diperoleh hasil daripada tindak balas nuklear dalam nukleus atom tertentu unsur kimia tertentu. Beberapa proses yang paling penting untuk mendapatkan tenaga nuklear ialah pembelahan isotop uranium-235 (235U) unsur uranium (U) dan pelakuran isotop deuterium-tritium (2H-3H) unsur hidrogen (H) , walaupun tenaga nuklear juga boleh diperoleh daripada tindak balas nuklear dalam isotop torium-232 (232Th), plutonium-239 (239Pu), strontium-90 (90Sr) atau polonium-210 (210Po).

Pembelahan uranium-235 (235U) adalah tindak balas eksotermik, iaitu, ia membebaskan banyak tenaga. Tenaga yang dibebaskan memanaskan medium di mana tindak balas berlaku, yang boleh menjadi air, sebagai contoh.

Untuk pembelahan berlaku, isotop 235U dihujani neutron percuma (walaupun ia juga boleh dihujani dengan proton, nukleus lain atau sinar gamma) yang kelajuannya sangat terkawal. Dengan cara ini, neutron bebas boleh diserap oleh nukleus, menyebabkan ia tidak stabil dan pecah, dan menjana nukleus lain yang lebih kecil, neutron bebas, zarah subatom lain, dan sejumlah besar tenaga. Adalah penting untuk mengawal kelajuan neutron kerana jika ia sangat tinggi ia boleh berlanggar atau melalui nukleus, dan ia tidak akan diserap untuk menghasilkan pembelahan.

Pembelahan nuklear menjana neutron bebas dan zarah lain.

Zarah-zarah yang dihasilkan sebagai hasil pembelahan nukleus, seterusnya boleh diserap oleh nukleus jiran yang lain, yang juga akan menjadi pembelahan, dan zarah-zarah yang dihasilkan akibat pembelahan lain ini, boleh, sekali lagi, diserap oleh nukleus lain, dan seterusnya, menghasilkan apa yang dikenali sebagai: Tindak balas rantai.

Tindak balas rantai nuklear terkawal mempunyai banyak aplikasi yang bermanfaat, seperti yang dinyatakan di atas. Walau bagaimanapun, apabila tindak balas berantai tidak terkawal, ia berterusan sehingga tiada lagi bahan untuk pembelahan, yang berlaku dalam masa yang singkat. Proses yang tidak terkawal ini merupakan permulaan operasi bom atom yang digugurkan oleh Amerika Syarikat ke atas Jepun di Perang Dunia Kedua.

Sebaliknya, pelakuran pasangan deuterium-tritium (2H-3H) ialah proses pelakuran nuklear paling mudah yang wujud. Untuk pelakuran ini berlaku, adalah perlu untuk merapatkan dua proton (satu daripada 2H dan satu lagi dari 3H) supaya daya interaksi nuklear yang kuat (daya yang menyatukan nukleon, iaitu proton dan neutron, dan yang mesti diatasi. daya tolakan antara proton, kerana mereka mempunyai cas yang sama) melebihi daya interaksi elektrostatik, kerana proton mempunyai cas positif, jadi mereka cenderung untuk menolak satu sama lain. Untuk mencapai ini, tekanan dan penyahmampatan tertentu digunakan, serta suhu sangat spesifik. Proses pelakuran ini menghasilkan nukleus 4He, neutron, dan sejumlah besar tenaga.

Tindak balas nuklear menghasilkan atom yang tidak stabil.

Pelaburan nuklear ialah proses yang berlaku secara spontan dalam bintang, sebagai contoh, Matahari, tetapi yang juga telah dihasilkan secara buatan.

Secara umum, tindak balas nuklear menghasilkan atom yang tidak stabil, yang, untuk menstabilkan diri mereka, memancarkan tenaga yang berlebihan kepada persekitaran untuk masa tertentu. Tenaga yang dipancarkan ini dipanggil sinaran mengion, yang mempunyai tenaga yang cukup untuk mengionkan perkara di sekelilingnya, itulah sebabnya radiasi amat berbahaya kepada semua bentuk kehidupan.

Untuk apa tenaga nuklear?

Penggunaan tenaga nuklear secara aman adalah banyak, bukan sahaja untuk penjanaan elektrik (yang sudah menjadi sangat penting dalam dunia perindustrian hari ini) tetapi juga untuk pengeluaran tenaga haba yang boleh digunakan dan boleh ditarik balik, atau tenaga mekanikal, dan juga bentuk sinaran mengion yang boleh digunakan untuk mensterilkan bahan perubatan atau pembedahan. Ia juga digunakan untuk menggerakkan kenderaan, seperti kapal selam atom.

Kelebihan tenaga nuklear

Kelebihan tenaga nuklear ialah:

  • Sedikit pencemaran. Selagi tiada kemalangan dan sisa radioaktif dilupuskan dengan betul, loji tenaga nuklear tidak mencemarkan alam sekitar berbanding pembakaran bahan api fosil.
  • selamat. Asalkan keperluan daripada keselamatan, kuasa nuklear boleh dipercayai, konsisten dan bersih.
  • Cekap. Jumlah tenaga yang dikeluarkan oleh jenis tindak balas nuklear ini adalah besar berbanding dengan jumlah bahan mentah mereka menuntut.
  • serba boleh. Penggunaan sinaran dan bentuk tenaga nuklear lain dalam pelbagai bidang pengetahuan manusia, seperti perubatan, adalah penting.

Kelemahan tenaga nuklear

Tenaga nuklear berbahaya untuk penduduk awam dan juga kehidupan haiwan.

Kelemahan tenaga nuklear ialah:

  • berisiko Dalam kes kemalangan, seperti yang berlaku dengan reaktor nuklear Chernobyl di bekas Kesatuan Soviet, penduduk awam dan juga hidupan haiwan berisiko tinggi terhadap pencemaran radioaktif.
  • Pelupusan. Hasil sampingan radioaktif daripada loji kuasa nuklear sukar dikendalikan dan ada yang mempunyai separuh hayat yang sangat panjang (masa yang diperlukan untuk atom radioaktif hancur).
  • Mahal Penciptaan loji tenaga nuklear dan penggunaannya teknologi ia biasanya sangat mahal.

Ciri-ciri tenaga nuklear

Secara umum, tenaga nuklear adalah berkuasa, cekap, pencapaian sebenar penguasaan manusia terhadap fizik. Walau bagaimanapun, ia juga merupakan teknologi yang berisiko: selepas melihat bencana yang disebabkan oleh bom atom di Hiroshima dan Nagasaki, atau kemalangan Chernobyl di USSR, diketahui bahawa teknologi jenis ini mewakili bahaya sebenar kepada kehidupan di planet ini. kita tahu.

Contoh tenaga nuklear

Contoh aman penggunaan tenaga ini ialah mana-mana loji kuasa nuklear, seperti yang terdapat di Ikata, di Jepun. Contoh penggunaannya yang suka berperang ialah pengeboman bandar-bandar Wanita Jepun dari Hiroshima dan Nagasaki pada tahun 1945 semasa Perang Dunia II.

!-- GDPR -->