Химия - Ядерная энергия
Введение
Ядерные реакции высвобождают огромное количество энергии (известной как ядерная энергия), которая используется для производства электроэнергии на атомной электростанции.
Ядерная энергия, обычно производимая nuclear fission, nuclear fusion, и nuclear decay.
В 1938 году немецкие химики Отто Хан, Фриц Штрассманн и австрийский физик Лизе Мейтнер провели эксперименты, в которых продукты нейтронной бомбардировки урана. В результате этого эксперимента относительно крошечный нейтрон разделил ядро массивных атомов урана на две примерно равные части и высвободил огромную энергию.
Ядерные эксперименты Отто Хана и его коллег известны как ядерное деление.
Ядерное деление
В процессе ядерного деления образуются свободные нейтроны и гамма-фотоны, при этом также высвобождается очень большое количество энергии.
Ядерное деление - это экзотермическая реакция, которая может выделять большое количество энергии в форме электромагнитного излучения, а также кинетической энергии.
Ядерное деление иногда может происходить естественным путем (то есть без нейтронной бомбардировки) как тип радиоактивного распада.
Типы ядерного деления
Ниже приведены основные типы ядерного деления.
Chain Reaction and
Fission Reaction
Давайте кратко их обсудим -
Цепная реакция
Когда одна единственная ядерная реакция вызывает одну или несколько последующих ядерных реакций, это называется цепной реакцией.
Такая цепная реакция увеличивает возможность самораспространяющейся серии ядерных реакций.
Ядерные цепные реакции выделяют в миллион раз больше энергии на реакцию, чем любая другая химическая реакция; поэтому она также известна как взрывная или неконтролируемая цепная реакция.
Когда тяжелый атом подвергается ядерному делению, он обычно распадается на два или более осколков деления. Во время процесса испускается несколько свободных нейтронов, гамма-лучей и нейтрино, и в конечном итоге выделяется большое количество энергии.
Ниже приведены два примера цепной реакции.
235 U + → нейтрон Осколки деления + 2,4 нейтрона + 192,9 МэВ
235 Pu + → нейтрон Осколки деления + 2,9 нейтрона + 198,9 МэВ
В атомной бомбе используется технология цепной реакции, поскольку она требует постоянного источника энергии.
Реакции деления
Реакция деления, в которой нейтроны (образующиеся при делении атомов топлива) используются, чтобы вызвать еще большее деление для высвобождения устойчивой энергии, известна как реакции деления.
Такие реакции медленные и контролируемые; следовательно, также известна как управляемая цепная реакция.
Ядерный реактор, производящий энергию (электричество), является идеальным примером управляемой цепной реакции.
Исходя из свойств и типа использования, деление / управляемая цепная реакция классифицируется как -
Power reactors
Research reactors
Breeder reactors
Эти энергетические реакторы обычно преобразуют кинетическую энергию продуктов деления в тепло; кроме того, тепло используется для нагрева рабочей жидкости, которая приводит в действие тепловой двигатель, который в конечном итоге генерирует механическую или электрическую энергию.
Основные компоненты ядерного реактора
Ниже приведены основные компоненты ядерного реактора -
Nuclear fuels- Такие как уран ( 233 U, 235 U), торий (Th 232 ), плутоний (Pu 239 ).
Moderators- Используется для контроля испускаемых нейтронов. Например, тяжелая вода, бериллий, графит и т. Д.
Coolant- Используется для охлаждения реактора. Например, вода, пар, гелий, CO 2 , воздух, расплавленные металлы и т. Д.
Control rods- Он используется для запуска и остановки реакции деления. Например, для этой цели используются стержни из кадмия или бора.
Термоядерная реакция
Процесс слияния двух легких ядер с образованием тяжелого ядра известен как ядерный синтез; во время этого процесса высвобождается огромное количество энергии, известной как ядерная энергия.
Лучший пример ядерного синтеза - водородная бомба.
Водородная бомба примерно в 1000 раз мощнее атомной бомбы.