kärnenergi

Kemi

2022

Vi förklarar vad kärnenergi är och hur den erhålls. Även vad det är till för, fördelar, nackdelar och några exempel.

Atomenergi är säker, ganska effektiv och mångsidig.

Vad är kärnenergin?

Kärnenergi eller atomenergi är resultatet av de reaktioner som sker i atomkärnorna eller mellan dem, det vill säga det är den energi som frigörs vid kärnreaktioner. Dessa reaktioner kan uppstå spontant eller artificiellt.

Kärnreaktioner är processer av kombination eller fragmentering av kärnorna i atomer Y subatomära partiklar. Atomkärnor kan kombineras eller splittras, frigöra eller absorbera stora mängder energi i processen. När kärnor splittras är processen känd som kärnklyvning, och när de kombineras kallas det kärnfusion.

Kärnklyvning uppstår när en tung atomkärna fragmenteras i flera kärnor av mindre vikt, att även kunna producera fria neutroner, fotoner och fragment av kärnan. Kärnfusion uppstår när flera atomkärnor med liknande laddningar kombineras för att bilda en ny, tyngre kärna. Dessa reaktioner sker i kärnorna i atomerna i vissa isotoper av kemiska grundämnen som uran (U) eller väte (H).

Den stora mängd energi som är involverad i kärnreaktioner beror i grunden på att en del av massan av de reagerande partiklarna omvandlas till energi direkt. Denna process argumenterades av den tyske fysikern Albert Einstein genom att ställa sin ekvation:

E = mc²

Var:

Som du kan se relaterar ekvationen som föreslagits av Einstein massa och energi.

Den energi som frigörs vid kärnreaktioner kan användas för att generera elektricitet i termonukleära kraftverk, inom kärnmedicin, inom industrin, inom gruvdrift, i arkeologi och i många andra applikationer.

Dess huvudsakliga användning är i genereringen av elkraft, där kärnenergi används för att värma stora volymer från Vatten eller att generera gaser, vems kalorienergi den används sedan för att driva stora turbiner som producerar el.

Den kontrollerade användningen av kärnenergi används för välgörande ändamål. Det är en mycket viktig energikälla men också, tyvärr, används den för militära ändamål för tillverkning av kärnvapen för massförstörelse.

Hur erhålls kärnenergi?

Kärnreaktioner biproducerar extremt instabila atomer.

Kärnenergi erhålls som ett resultat av kärnreaktionen i vissa atomkärnor av vissa kemiska grundämnen. Några av de viktigaste processerna för att erhålla kärnenergi är klyvningen av isotopen uranium-235 (235U) av grundämnet uran (U) och sammansmältningen av isotoperna deuterium-tritium (2H-3H) av grundämnet väte (H) även om kärnenergi kan erhållas från kärnreaktioner i isotoperna torium-232 (232Th), plutonium-239 (239Pu), strontium-90 (90Sr) eller polonium-210 (210Po).

Klyvningen av uran-235 (235U) är en exoterm reaktion, det vill säga den frigör mycket energi. Den frigjorda energin värmer upp det medium i vilket reaktionen sker, vilket till exempel kan vara vatten.

För att fission ska inträffa bombarderas isotopen 235U med neutroner gratis (även om det också kan bombarderas med protoner, andra kärnor eller gammastrålar) vars hastighet är mycket kontrollerad. På detta sätt kan en fri neutron absorberas av kärnan, vilket gör att den destabiliseras och fragmenteras och genererar andra mindre kärnor, fria neutroner, andra subatomära partiklar och stora mängder energi. Det är viktigt att kontrollera neutronernas hastighet eftersom om den är mycket hög kan de helt enkelt kollidera med eller passera genom kärnan, och de skulle inte absorberas för att producera fission.

Kärnklyvning genererar fria neutroner och andra partiklar.

De partiklar som genereras som ett resultat av en kärnans klyvning kan i sin tur absorberas av andra närliggande kärnor, som också kommer att vara klyvning, och de partiklar som genereras som ett resultat av denna andra klyvning kan återigen absorberas av andra kärnor, och så vidare, som producerar vad som kallas: Kedjereaktion.

Kontrollerade kärnkedjereaktioner har många fördelaktiga tillämpningar, som nämnts ovan. Men när kedjereaktionen är okontrollerad fortsätter den tills det inte finns mer material att klyva, vilket inträffar på kort tid. Denna okontrollerade process är början på operationen av de atombomber som USA släppte på Japan i andra världskriget.

Å andra sidan är fusionen av deuterium-tritiumparet (2H-3H) den enklaste kärnfusionsprocessen som finns. För att denna sammansmältning ska inträffa är det nödvändigt att föra två protoner närmare varandra (en från 2H och den andra från 3H) så att krafterna av stark kärnväxelverkan (krafter som förenar nukleoner, det vill säga protoner och neutroner, och som måste övervinna repulsionskraften mellan protoner, eftersom de har samma laddning) överstiger de elektrostatiska interaktionskrafterna, eftersom protoner har en positiv laddning, så de tenderar att stöta bort varandra. För att uppnå detta appliceras vissa tryck och dekompressioner, samt temperaturer mycket specifik. Denna fusionsprocess producerar en 4He-kärna, en neutron och en stor mängd energi.

Kärnreaktioner producerar instabila atomer.

Kärnfusion är en process som sker spontant i stjärnort.ex. Solen, men som också har alstrats på konstgjord väg.

I allmänhet producerar kärnreaktioner instabila atomer, som, för att stabilisera sig själva, avger överskottsenergi till miljö under en viss tid. Denna utsända energi kallas joniserande strålning, som har tillräckligt med energi för att jonisera materia runt den, varför strålning är extremt farlig för alla livsformer.

Vad är kärnenergi till för?

Den fredliga användningen av kärnenergi är många, inte bara för att generera el (vilket redan är av enorm betydelse i dagens industrialiserade värld) utan också för produktion av användbar och indragbar värmeenergi, eller av mekanisk energi, och även former av joniserande strålning som kan användas för att sterilisera medicinskt eller kirurgiskt material. Den används också för att driva fordon, såsom atomubåtar.

Fördelar med kärnkraft

Fördelarna med kärnkraft är:

  • Lite förorenande. Så länge det inte sker några olyckor och radioaktivt avfall tas om hand på rätt sätt, förorenar kärnkraftverk miljön mindre än förbränning fossila bränslen.
  • Säker. Så länge kraven på säkerhet, kärnkraft kan vara pålitlig, konsekvent och ren.
  • Effektiv. Mängden energi som frigörs av dessa typer av kärnreaktioner är enorma jämfört med mängden råmaterial de kräver.
  • Mångsidig. Tillämpningen av strålning och andra former av kärnenergi inom olika områden av mänsklig kunskap, såsom medicin, är viktig.

Nackdelar med kärnkraft

Kärnenergi är farligt för civilbefolkningen och till och med djurlivet.

Nackdelarna med kärnkraft är:

  • Riskabel I fall av olyckor, som den som inträffade med kärnreaktorn i Tjernobyl i f.d. Sovjetunionen, civilbefolkningen och till och med djurlivet löper hög risk för radioaktiv kontaminering.
  • Förfogande. Radioaktiva biprodukter från kärnkraftverk är svåra att hantera och vissa har en mycket lång halveringstid (den tid det tar för en radioaktiv atom att sönderfalla).
  • Dyr Skapandet av kärnkraftverk och användningen av dessa teknologi det brukar vara väldigt dyrt.

Kärnenergins egenskaper

I stora drag är kärnenergi kraftfull, effektiv, en verklig prestation av mänsklig behärskning över fysiken. Men det är också en riskabel teknik: efter att ha sett katastroferna orsakade av atombomberna i Hiroshima och Nagasaki, eller Tjernobylolyckan i Sovjetunionen, är det känt att denna typ av teknik utgör en verklig fara för livet på planeten. vi vet det.

Exempel på kärnenergi

Ett fredligt exempel på användningen av denna energi är vilket kärnkraftverk som helst, som det i Ikata i Japan. Ett exempel på dess krigiska användning var bombardementet av städer Japanska kvinnor från Hiroshima och Nagasaki 1945 under andra världskriget.

!-- GDPR -->