Kimya - Nükleer Enerji

Giriş

Nükleer reaksiyonlar, bir nükleer santralde elektrik üretmek için kullanılan muazzam miktarda enerji (nükleer enerji olarak bilinir) açığa çıkarır.

Normalde tarafından üretilen nükleer enerji nuclear fission, nuclear fusion, ve nuclear decay.
1938'de Alman kimyagerler Otto Hahn, Fritz Strassmann ve Avusturyalı fizikçi Lise Meitner, nötron bombardımanına tabi tutulan uranyum ürünlerinin kullanıldığı deneyler yaptılar. Bu deneyin sonucunda, nispeten küçük nötron, büyük uranyum atomlarının çekirdeğini kabaca eşit iki parçaya böldü ve muazzam enerji saldı.
Otto Hahn ve meslektaşlarının nükleer deneyleri nükleer fisyon kadar popüler.

Nükleer fisyon süreci serbest nötronlar ve gama fotonları üretirken, bunu yaparken de çok büyük miktarda enerji açığa çıkarır.
Nükleer fisyon, elektromanyetik radyasyon ve kinetik enerji formlarında büyük miktarda enerji açığa çıkarabilen ekzotermik bir reaksiyondur.
Nükleer fisyon, bazen bir tür radyoaktif bozulma olarak doğal olarak (yani nötron bombardımanı olmadan) meydana gelebilir.

Ana Nükleer Fisyon türleri aşağıdadır -
- Chain Reaction and
- Fission Reaction

Bunları kısaca tartışalım -

Tek bir nükleer reaksiyon, bir veya daha fazla müteakip nükleer reaksiyona neden olduğunda, zincir reaksiyonu olarak bilinir.
Bu tür bir zincirleme reaksiyon, kendi kendine çoğalan bir dizi nükleer reaksiyon olasılığını artırır.
Nükleer zincir reaksiyonları, reaksiyon başına diğer kimyasal reaksiyonlardan milyon kat daha fazla enerji açığa çıkarır; bu nedenle, patlayıcı veya kontrolsüz zincirleme reaksiyon olarak da bilinir.
Ağır bir atom nükleer fisyon yaşadığında, normalde iki veya daha fazla fisyon parçasına ayrılır. İşlem sırasında birkaç serbest nötron, gama ışını ve nötrino yayılır ve sonuçta büyük miktarda enerji açığa çıkar.
Aşağıda iki zincirleme reaksiyon örneği verilmiştir -
- ²³⁵ U + → nötron Fisyon fragmanları + 2.4 nötron + 192.9 MeV
- ²³⁵ Pu + → nötron Fisyon fragmanları + 2.9 nötron + 198.9 MeV
Atom bombasında, tutarlı bir enerji kaynağı gerektirdiği için zincirleme reaksiyon teknolojisi kullanılır.

Sürdürülebilir enerjinin serbest bırakılması için daha fazla fisyon başlatmak için nötronların (yakıt atomlarının fisyonuyla üretilen) kullanıldığı fisyon reaksiyonu, fisyon reaksiyonları olarak bilinir.
Bu tür reaksiyonlar yavaş ve kontrol edilebilir; bu nedenle kontrollü zincir reaksiyonu olarak da bilinir.
Güç (elektrik) üreten nükleer reaktör, kontrollü zincirleme reaksiyonun ideal bir örneğidir.
Özelliklerine ve kullanım türlerine göre fisyon / kontrollü zincir reaksiyonu şu şekilde sınıflandırılır:
- Power reactors
- Research reactors
- Breeder reactors
Bu güç reaktörleri genellikle fisyon ürünlerinin kinetik enerjisini ısıya dönüştürür; ayrıca ısı, bir ısı motorunu çalıştıran ve sonuçta mekanik veya elektrik gücü üreten bir çalışma akışkanını ısıtmak için kullanılır.

Bir nükleer reaktörün temel bileşenleri aşağıdadır -
- Nuclear fuels- Uranyum ( ²³³ U, ²³⁵ U), toryum (Th ²³² ), plütonyum (Pu ²³⁹ ) gibi.
- Moderators- Yayılan nötronları kontrol etmek için kullanılır. Örneğin, ağır su, berilyum, grafit vb.
- Coolant- Reaktörü soğutmak için kullanılır. Örneğin su, buhar, helyum, CO ₂ , hava, erimiş metaller vb.
- Control rods- Fisyon reaksiyonunu çalıştırmak ve durdurmak için kullanılır. Örneğin kadmiyum veya bor çubuklar bu amaçla kullanılır.

İki hafif çekirdeğin ağır bir çekirdek oluşturmak için kaynaştığı süreç, nükleer füzyon olarak bilinir; Bu süreçte, nükleer enerji olarak bilinen muazzam miktarda enerji açığa çıkıyor.
En iyi nükleer füzyon örneği - hidrojen bombasıdır.
Bir hidrojen bombası, bir atom bombasından yaklaşık 1000 kat daha güçlüdür.