เคมี - พลังงานนิวเคลียร์

บทนำ

  • ปฏิกิริยานิวเคลียร์ปลดปล่อยพลังงานจำนวนมหาศาล (เรียกว่าพลังงานนิวเคลียร์) ซึ่งกำลังถูกใช้เพื่อผลิตกระแสไฟฟ้าในโรงไฟฟ้านิวเคลียร์

  • พลังงานนิวเคลียร์ที่ผลิตโดยปกติ nuclear fission, nuclear fusion, และ nuclear decay.

  • ในปีพ. ศ. 2481 นักเคมีชาวเยอรมัน Otto Hahn, Fritz Strassmann และ Lise Meitner นักฟิสิกส์ชาวออสเตรียได้ทำการทดลองเกี่ยวกับผลิตภัณฑ์ของยูเรเนียมที่ถูกทำลายด้วยนิวตรอน จากผลการทดลองนี้นิวตรอนขนาดค่อนข้างเล็กได้แยกนิวเคลียสของอะตอมยูเรเนียมขนาดใหญ่ออกเป็นสองชิ้นเท่า ๆ กันและปล่อยพลังงานมหาศาล

  • การทดลองนิวเคลียร์ของ Otto Hahn และเพื่อนร่วมงานได้รับความนิยมในฐานะนิวเคลียร์ฟิชชัน

นิวเคลียร์

  • กระบวนการนิวเคลียร์ฟิชชันทำให้เกิดนิวตรอนอิสระและโฟตอนแกมมาในขณะที่การทำเช่นนี้ยังปลดปล่อยพลังงานจำนวนมาก

  • นิวเคลียร์ฟิชชันเป็นปฏิกิริยาคายความร้อนซึ่งสามารถปลดปล่อยพลังงานจำนวนมากในรูปแบบของรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าและพลังงานจลน์

  • นิวเคลียร์ฟิชชันบางครั้งอาจเกิดขึ้นได้ตามธรรมชาติ (เช่นโดยไม่ต้องทิ้งระเบิดนิวตรอน) เป็นการสลายกัมมันตภาพรังสีชนิดหนึ่ง

ประเภทของนิวเคลียร์ฟิชชัน

  • ต่อไปนี้เป็นประเภทหลักของฟิชชันนิวเคลียร์ -

    • Chain Reaction and

    • Fission Reaction

มาพูดคุยกันโดยสังเขป -

ปฏิกิริยาลูกโซ่

  • เมื่อปฏิกิริยานิวเคลียร์หนึ่งปฏิกิริยาทำให้เกิดปฏิกิริยานิวเคลียร์หนึ่งปฏิกิริยาขึ้นไปเรียกว่าปฏิกิริยาลูกโซ่

  • ปฏิกิริยาลูกโซ่ดังกล่าวเพิ่มความเป็นไปได้ของปฏิกิริยานิวเคลียร์แบบแพร่กระจายตัวเอง

  • ปฏิกิริยาลูกโซ่นิวเคลียร์ปลดปล่อยพลังงานต่อปฏิกิริยามากกว่าปฏิกิริยาเคมีอื่น ๆ ถึงล้านเท่า ดังนั้นจึงเรียกอีกอย่างว่าปฏิกิริยาลูกโซ่ที่ระเบิดได้หรือไม่มีการควบคุม

  • เมื่ออะตอมหนักสัมผัสกับนิวเคลียร์ฟิชชันโดยปกติจะแตกออกเป็นชิ้นส่วนฟิชชันสองชิ้นขึ้นไป ในระหว่างกระบวนการนี้จะมีการปล่อยนิวตรอนอิสระรังสีแกมมาและนิวตริโนจำนวนมากออกมาและในที่สุดพลังงานจำนวนมากจะถูกปลดปล่อยออกมา

  • ต่อไปนี้เป็นสองตัวอย่างของปฏิกิริยาลูกโซ่ -

    • 235 U + →ชิ้นส่วนฟิชชันนิวตรอน + 2.4 นิวตรอน + 192.9 MeV

    • 235 Pu + →ชิ้นส่วนนิวตรอนฟิชชัน + 2.9 นิวตรอน + 198.9 MeV

  • ในการระเบิดปรมาณูจะใช้เทคโนโลยีปฏิกิริยาลูกโซ่เนื่องจากต้องการแหล่งพลังงานที่สม่ำเสมอ

ปฏิกิริยาฟิชชัน

  • ปฏิกิริยาฟิชชันที่นิวตรอน (เกิดจากฟิชชันของอะตอมเชื้อเพลิง) ถูกใช้เพื่อกระตุ้นให้เกิดฟิชชันมากขึ้นสำหรับการปลดปล่อยพลังงานที่ยั่งยืนเรียกว่าปฏิกิริยาฟิชชัน

  • ปฏิกิริยาดังกล่าวช้าและควบคุมได้ ดังนั้นจึงเรียกอีกอย่างว่าปฏิกิริยาลูกโซ่ควบคุม

  • พลังงาน (ไฟฟ้า) ที่ผลิตเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์เป็นตัวอย่างในอุดมคติของปฏิกิริยาลูกโซ่ควบคุม

  • ขึ้นอยู่กับคุณสมบัติและประเภทของการใช้ปฏิกิริยาลูกโซ่ฟิชชัน / ควบคุมถูกจัดประเภทเป็น -

    • Power reactors

    • Research reactors

    • Breeder reactors

  • เครื่องปฏิกรณ์กำลังเหล่านี้โดยทั่วไปจะเปลี่ยนพลังงานจลน์ของผลิตภัณฑ์ฟิชชันเป็นความร้อน ยิ่งไปกว่านั้นความร้อนจะใช้เพื่อให้ความร้อนกับของเหลวที่ใช้งานได้ซึ่งขับเคลื่อนเครื่องยนต์ความร้อนซึ่งจะสร้างพลังงานทางกลหรือไฟฟ้าในที่สุด

ส่วนประกอบพื้นฐานของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์

  • ต่อไปนี้เป็นส่วนประกอบที่สำคัญของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ -

    • Nuclear fuels- เช่นยูเรเนียม ( 233 U, 235 U), ทอเรียม (Th 232 ), พลูโตเนียม (Pu 239 )

    • Moderators- ใช้เพื่อควบคุมนิวตรอนที่ปล่อยออกมา เช่นน้ำหนักเบริลเลียมกราไฟต์ ฯลฯ

    • Coolant- ใช้เพื่อทำให้เครื่องปฏิกรณ์เย็นลง เช่นน้ำไอน้ำฮีเลียม CO 2อากาศโลหะหลอมเหลวเป็นต้น

    • Control rods- ใช้เพื่อเรียกใช้และหยุดปฏิกิริยาฟิชชัน เช่นแคดเมียมหรือแท่งโบรอนถูกนำมาใช้เพื่อวัตถุประสงค์ดังกล่าว

นิวเคลียร์ฟิวชั่น

  • กระบวนการที่นิวเคลียสแสงสองอันหลอมรวมกันเป็นนิวเคลียสหนักเรียกว่าฟิวชันนิวเคลียร์ ในระหว่างกระบวนการนี้พลังงานจำนวนมหาศาลจะถูกปลดปล่อยออกมาซึ่งเรียกว่าพลังงานนิวเคลียร์

  • ตัวอย่างที่ดีที่สุดของนิวเคลียร์ฟิวชันคือ - ระเบิดไฮโดรเจน

  • ระเบิดไฮโดรเจนมีพลังมากกว่าระเบิดอะตอมประมาณ 1,000 เท่า