Энергия ядер

Рис. 1. Градирни — наиболее знаковые компоненты атомной электростанции. Обратите внимание, что не все атомные электростанции используют эти градирни, и облака, исходящие от этих градирен, на самом деле представляют собой просто пар, а не загрязняющие вещества.Другие типы электростанций также имеют градирни. [1]

Почти все формы первичной энергии происходят из ядерных реакций. Ископаемое топливо и биотопливо получают энергию от солнечного света. Геотермальная энергия возникает в результате радиоактивного распада или тепловой энергии, оставшейся с момента первоначального образования Земли (которая возникла в результате катастрофического ядерного взрыва, сверхновой). Конечно, ядерные реакторы в конечном итоге получают свое энергия ядер. [2]

Этот ядерная энергия потенциальная энергия, запасенная внутри ядра атома. Протоны и нейтроны внутри ядра удерживаются вместе сильным ядерным взаимодействием, которое уравновешивает отталкивание кулоновской силы между протонами. Слабое взаимодействие уравновешивает количество нейтронов и протонов. Сильное ядерное взаимодействие сильнее и короче, чем кулоновское взаимодействие, которое заставляет ядра оставаться вместе до определенного размера (сфера с радиусом около 8×10 -15 м). Баланс между сильным ядерным взаимодействием и кулоновским взаимодействием во многом определяет, будет ли нуклид (конкретная комбинация протонов и нейтронов) радиоактивным или стабильным. Нестабильные ядра выделяют энергию, обычно намного больше энергии, чем химическая реакция.

Ядерная энергия высвобождается в результате трех процессов: ядерного деления, ядерного синтеза и радиоактивного распада. [3] Деление происходит, когда тяжелые ядра становятся нестабильными и распадаются на более мелкие части (обычно две основные части и несколько дополнительных нейтронов), слияние происходит, когда легкие атомы сближаются, а радиоактивный распад происходит, когда нестабильные атомы излучают энергию и становятся более стабильными в процесс. [3] Деление может происходить спонтанно, но когда люди получают энергию от деления, процесс обычно происходит после бомбардировки крупного изотопа тепловыми нейтронами. Синтез еще не является жизнеспособным методом для людей, чтобы напрямую получать энергию из ядер, но это процесс, который происходит на Солнце.В ядерных процессах задействовано больше энергии (по сравнению с химическими реакциями), что приводит к потере измеримого количества массы, известной как эквивалентность массы и энергии. Когда происходит любой из этих трех процессов, образующиеся атомы имеют меньшую массу, чем исходные атомы. Эта масса преобразуется в большое количество тепловой энергии, что объяснил Альберт Эйнштейн в своем знаменитом уравнении [math]E = mc^2[/math] . [4] В лаборатории происходят процессы, в которых энергия превращается в массу, но это не происходит самопроизвольно.

Энергия, выделяемая ядрами, значительно более плотная (примерно в миллион раз), чем энергия, возникающая при взаимодействии атомов (химических реакциях). Именно это приводит к невероятно большой и разрушительной силе ядерного оружия по сравнению с обычным оружием. Эта плотность энергии также означает, что для производства электроэнергии требуется очень мало топлива. При плотности энергии, в миллион раз превышающей плотность энергии, требуется только одна миллионная часть топлива, производя одну миллионную часть отходов, выделяемых химическими реакциями. Однако эти отходы содержат остаточную ядерную энергию в результате радиоактивного распада дочерних продуктов деления, что весьма опасно, если их не утилизировать должным образом.

Производство электроэнергии

Ядерная энергия может использоваться непосредственно для производства электроэнергии, и это то, что мы называем ядерной энергией. Для разрыва ядерных связей требуется немного больше энергии, чем для молекул; это означает, что для создания ядерной энергетики необходимо много инженерных работ. Энергия, исходящая от ядер, может использоваться для нагрева жидкости или газа для запуска турбин на атомной электростанции, производящих электроэнергию. В настоящее время атомная энергетика обеспечивает 6% мировой первичной энергии и 14% электроэнергии (почти половину электроэнергии, не выделяющей парниковых газов). [2]

На электростанциях ядерная энергия используется из изотопов крупных элементов, таких как уран, торий и плутоний, в качестве топлива в ядерных реакторах деления.Изотопы урана и тория встречаются в природе и добываются из горных пород. Используя уран в ядерном реакторе, можно получить плутоний, который также можно сжигать в ядерных реакторах. Одним интересным применением ядерных реакторов является избавление от старых ядерных боеголовок. Соединенные Штаты сделали это со старыми советскими ядерными боеголовками и назвали этот проект мегатоннами в мегаваттах.

Коммерческий ядерный синтез для производства электроэнергии еще не существует, но люди успешно осуществили синтез в лабораториях. Большая трудность состоит в том, чтобы получить из реакции больше энергии, чем было затрачено на ее создание.

Споры

Общественное восприятие безопасности, надежности и чистоты ядерной энергии (в отличие от реальной безопасности, надежности и чистоты) часто приводило к трудностям для ядерной отрасли. Общественные опасения по поводу того, как будут обращаться с ядерными отходами, привели к нежеланию внедрять или расширять ядерную энергетику. Другие опасения возникли из-за опасений по поводу конкретных ядерных катастроф и того, как ядерная энергия используется помимо производства электроэнергии, например, для ядерного оружия. Есть сильное чувство NIMBY (не на моем заднем дворе) для новых атомных электростанций. Сторонники ядерной энергетики указывают на то, что ядерная энергетика является безуглеродной (и, как правило, без выбросов) альтернативой ископаемому топливу, которая может обеспечить значительное количество энергии во всем мире. Критики обычно обеспокоены рисками для здоровья, связанными с атомными станциями, указывая на ядерные катастрофы, такие как Чернобыль и Фукусима, как на примеры небезопасности атомных станций.

использованная литература

1. ↑ Викисклад. (7 июля 2015 г.). Атомная электростанция [Онлайн]. Доступно: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Nuclear_Power_Plant_Cattenom.jpg#/media/File:Nuclear_Power_Plant_Cattenom.jpg
2. ↑ 2.02.1 Р. Вольфсон. Энергетика, окружающая среда и климат, 2-е изд. Нью-Йорк, США: Нортон, 2012.
3. ↑ 3.03.1 К. Фергюсон. Ядерная энергия: что нужно знать каждому, 1-е изд.Кэри, Северная Каролина, США: Издательство Оксфордского университета, США, 2011.
4. ↑ Ядерная энергия. (7 июля 2015 г.). Что такое ядерная энергия? [Онлайн]. Доступно: http://nuclear-energy.net/what-is-nuclear-energy