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.