Chemia - energia jądrowa

Wprowadzenie

Reakcje jądrowe uwalniają ogromne ilości energii (znanej jako energia jądrowa), która jest wykorzystywana do produkcji energii elektrycznej w elektrowni jądrowej.

Energia jądrowa zwykle wytwarzana przez nuclear fission, nuclear fusion, i nuclear decay.
W 1938 r. Niemieccy chemicy Otto Hahn, Fritz Strassmann i austriacka fizyk Lise Meitner przeprowadzili eksperymenty, w których produkty uranu bombardowanego neutronami. W wyniku tego eksperymentu stosunkowo mały neutron rozszczepił jądro masywnych atomów uranu na dwie mniej więcej równe części i uwolnił ogromną energię.
Eksperymenty jądrowe Otto Hahna i jego współpracowników są popularne jako rozszczepienie jądrowe.

W procesie rozszczepienia jądrowego powstają wolne neutrony i fotony gamma, a jednocześnie wyzwala bardzo dużą ilość energii.
Rozszczepienie jądra atomowego jest reakcją egzotermiczną, która może wyzwolić duże ilości energii w postaci promieniowania elektromagnetycznego oraz energii kinetycznej.
Czasami rozszczepienie jądra atomowego może wystąpić naturalnie (tj. Bez bombardowania neutronami) jako rodzaj rozpadu radioaktywnego.

Poniżej przedstawiono główne typy rozszczepienia jądra atomowego -
- Chain Reaction and
- Fission Reaction

Omówmy je w skrócie -

Kiedy jedna reakcja jądrowa powoduje jedną lub więcej następujących po sobie reakcji jądrowych, nazywa się to reakcją łańcuchową.
Taka reakcja łańcuchowa zwiększa możliwość samo-rozprzestrzeniania się serii reakcji jądrowych.
Jądrowe reakcje łańcuchowe uwalniają milion razy więcej energii na reakcję niż jakakolwiek inna reakcja chemiczna; dlatego jest również znany jako wybuchowa lub niekontrolowana reakcja łańcuchowa.
Kiedy ciężki atom ulega rozszczepieniu, zwykle rozpada się na dwa lub więcej fragmentów rozszczepienia. Podczas tego procesu emitowanych jest kilka wolnych neutronów, promieni gamma i neutrin, a ostatecznie uwalniana jest duża ilość energii.
Poniżej znajdują się dwa przykłady reakcji łańcuchowej -
- ²³⁵ U + → fragmenty rozszczepienia neutronów + 2,4 neutronów + 192,9 MeV
- ²³⁵ Pu + → fragmenty rozszczepienia neutronów + 2,9 neutronów + 198,9 MeV
W przypadku bomby atomowej stosowana jest technologia reakcji łańcuchowej, która wymaga stałego źródła energii.

Reakcja rozszczepienia, w której neutrony (wytwarzane przez rozszczepienie atomów paliwa) są wykorzystywane do wywoływania jeszcze większego rozszczepienia w celu uwolnienia zrównoważonej energii, jest znana jako reakcje rozszczepienia.
Takie reakcje są powolne i kontrolowalne; dlatego jest również znany jako kontrolowana reakcja łańcuchowa.
Reaktor jądrowy wytwarzający energię (elektryczność) jest idealnym przykładem kontrolowanej reakcji łańcuchowej.
Na podstawie właściwości i rodzaju zastosowań rozszczepienie / kontrolowana reakcja łańcuchowa jest klasyfikowana jako -
- Power reactors
- Research reactors
- Breeder reactors
Te reaktory energetyczne na ogół przekształcają energię kinetyczną produktów rozszczepienia w ciepło; ponadto ciepło jest wykorzystywane do podgrzewania płynu roboczego, który napędza silnik cieplny, który ostatecznie wytwarza energię mechaniczną lub elektryczną.

Oto podstawowe elementy reaktora jądrowego -
- Nuclear fuels- Takich jak uran ( ²³³ U, ²³⁵ U), tor (Th ²³² ), pluton (Pu ²³⁹ ).
- Moderators- Służy do kontroli emitowanych neutronów. Np. Ciężka woda, beryl, grafit itp.
- Coolant- Służy do chłodzenia reaktora. Np. Woda, para, hel, CO ₂ , powietrze, stopione metale itp.
- Control rods- Służy do uruchamiania i zatrzymywania reakcji rozszczepienia. Np. Pręty z kadmu lub boru są używane do tego celu.

Proces, w którym dwa lekkie jądra ulegają fuzji, tworząc ciężkie jądro, jest znany jako fuzja jądrowa; podczas tego procesu uwalniana jest ogromna ilość energii, zwanej energią jądrową.
Najlepszym przykładem syntezy jądrowej jest - bomba wodorowa.
Bomba wodorowa jest około 1000 razy silniejsza niż bomba atomowa.