核能

化学

2022

我们解释了核能是什么以及它是如何获得的。此外,它的用途,优点,缺点和一些示例。

原子能安全、高效且用途广泛。

什么是核能?

核能或原子能是原子核内部或原子核之间发生反应的结果,即核反应释放的能量。这些反应可以自发或人为地发生。

核反应是原子核结合或分裂的过程 原子亚原子粒子.原子核在此过程中可以结合或分裂,释放或吸收大量能量。当原子核分裂时,这个过程称为核裂变,当它们结合时称为核聚变。

当一个重原子核分裂成几个较小的原子核时,就会发生核裂变。 重量,也能够产生自由中子、光子和原子核的碎片。当几个具有相似电荷的原子核结合形成一个新的、更重的原子核时,就会发生核聚变。这些反应发生在某些同位素的原子核中 化学元素 如铀 (U) 或氢 (H)。

核反应所涉及的大量能量,根本上是由于反应粒子的部分质量直接转化为能量。德国物理学家阿尔伯特·爱因斯坦通过提出他的方程来论证这个过程:

E = mc²

在哪里:

如您所见,爱因斯坦提出的方程将质量和能量联系起来。

核反应释放的能量可用于产生 在热核电站、核医学、工业、采矿、 考古学 以及许多其他应用。

它的主要用途是生成 电力, 核能用于加热大 或生成 气体,谁的 热量能量 然后它被用来驱动产生电力的大型涡轮机。

核能的受控使用用于慈善目的。它是一种非常重要的能源,但不幸的是,它也被用于生产大规模杀伤性核武器的军事目的。

核能是如何获得的?

核反应副产极不稳定的原子。

核能是某些化学元素的某些原子核发生核反应的结果。获得核能的一些最重要的过程是元素铀 (U) 的同位素铀 235 (235U) 的裂变和元素氢 (H) 的同位素氘氚 (2H-3H) 的融合,尽管也可以从同位素钍 232 (232Th)、钚 239 (239Pu)、锶 90 (90Sr) 或钋 210 (210Po) 的核反应中获得核能。

铀235(235U)的裂变是放热反应,即释放大量能量。释放的能量加热发生反应的介质,例如水。

为了发生裂变,235U 同位素被轰击 中子 免费(虽然它也可以用 质子、其他原子核或伽马射线),其速度非常受控制。通过这种方式,自由中子可以被原子核吸收,使其不稳定和破碎,并产生其他较小的原子核、自由中子、其他亚原子粒子和大量能量。控制中子的速度很重要,因为如果它非常高,它们可能会简单地碰撞或穿过原子核,而不会被吸收而产生裂变。

核裂变产生自由中子和其他粒子。

由于核裂变而产生的粒子又可以被其他相邻的核吸收,这也将是裂变,而由这种其他裂变产生的粒子又可能被吸收其他原子核等等,产生所谓的:链式反应。

如上所述,受控核链式反应具有许多有益的应用。然而,当连锁反应不受控制时,它会一直持续到没有更多的材料裂变,这会在短时间内发生。这个不受控制的过程是美国在日本投下原子弹的开始。 二战.

另一方面,氘-氚对(2H-3H)的聚变是现存最简单的核聚变过程。为了发生这种聚变,必须使两个质子靠得更近(一个来自 2H,另一个来自 3H),以便强核相互作用的力(将核子即质子和中子结合在一起的力,必须克服质子之间的排斥力,因为它们具有相同的电荷)超过静电相互作用力,因为质子带有正电荷,所以它们倾向于相互排斥。为此,需要施加一定的压力和减压,以及 温度 非常具体。这个聚变过程产生一个 4He 原子核、一个中子和大量能量。

核反应产生不稳定的原子。

核聚变是一个自发发生的过程 星星例如,太阳,但它也是人工产生的。

一般来说,核反应会产生不稳定的原子,这些原子为了稳定自身,会向 环境 在指定的时间内。这种发射的能量称为电离辐射,它有足够的能量来电离 事情 在它周围,这就是为什么辐射对所有生命形式都极其危险的原因。

核能有什么用?

核能的和平用途很多,不仅用于发电(这在当今的工业化世界中已经非常重要),而且用于生产可用和可回收的热能,或 机械能,甚至可用于对医疗或手术材料进行消毒的电离辐射形式。它还用于为车辆提供动力,例如原子潜艇。

核能的优势

核能的优点是:

  • 污染小。只要不发生事故,放射性废物得到妥善处置,核电厂对环境的污染就比燃烧少 化石燃料.
  • 安全的。只要符合要求 安全,核电可以是可靠的、一致的和清洁的。
  • 高效的。这些类型的核反应释放的能量与 原材料 他们要求。
  • 多才多艺的。辐射和其他形式的核能在人类知识的各个领域(例如医学)中的应用很重要。

核能的缺点

核能对平民甚至动物生命都是危险的。

核电的缺点是:

  • 有风险在发生事故的情况下,例如前切尔诺贝利核反应堆发生的事故 前苏联,平民甚至动物生命都处于放射性污染的高风险之中。
  • 处理。核电站的放射性副产品难以处理,有些具有很长的半衰期(放射性原子分解所需的时间)。
  • 昂贵的核电站的建立和利用 技术 它通常非常昂贵。

核能的特点

从广义上讲,核能是强大、高效的,是人类掌握物理学的真正成就。然而,它也是一种冒险的技术:在看到广岛和长崎原子弹造成的灾难,或者苏联的切尔诺贝利事故后,人们知道这种技术对地球上的生命构成了真正的威胁。我们知道。

核能的例子

和平利用这种能源的一个例子是任何核电站,例如日本 Ikata 的核电站。其战争用途的一个例子是轰炸 城市 1945 年二战期间来自广岛和长崎的日本妇女。

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