Ako študovať výrobu atómovej energie?
Nekontrolované štiepenie jadra je princípom funkcie atómovej bomby, nie výroby jadrovej energie.
Atómová energia sľubuje zníženie emisií skleníkových plynov, ktoré spôsobujú globálne klimatické zmeny, pretože jadrové elektrárne nespalujú palivo ani neprodukujú emisie. Napriek tomu, že táto technológia existuje už desaťročia, málo sa rozumie tomu, ako sa vlastne vyrába a využíva atómová energia v prospech ľudstva. Tento proces zostáva z veľkej časti záhadou, pretože diskusia o jadrovom štiepení si vyžaduje pochopenie vecí, ako sú atómová štruktúra, štiepne materiály a komplexné zariadenia používané na využitie uvoľnenej energie.
Časť 1 z 3: naučenie sa štruktúry atómu
- 1Predstavte si elektrónový mrak. Elektrónový oblak tvorí väčšinu objemu atómu. Toto je oblasť, v ktorej pravdepodobne nájdete negatívne nabité elektróny obiehajúce jadro. Je dôležité si však uvedomiť, že napriek veľkému percentu objemu, ktorý elektrónový oblak tvorí, je jeho hmotnosť taká malá, že je zanedbateľná.
- 2Zoznámte sa so stredom atómu. Stred atómu je známy ako jadro. Tu sa sústreďuje hmotnosť atómu. Jadro obsahuje pozitívne nabité protóny a neutrálne častice nazývané neutróny. Táto hmotnosť je veľmi kompaktná a zaberá veľmi málo miesta v atóme.
- 3Pochopte sily v hre. Pretože sú všetky protóny kladne nabité, navzájom sa odpudzujú. Tieto silné odpudivé sily by roztrhli jadro na kusy, ale sú premožené silou známou ako silná jadrová sila. Silná nukleárna sila drží jadre pokope napriek odpudivých síl protónov. Na výrobu jadrovej energie je potrebné prekonať silnú jadrovú silu. Až potom sa uložená energia v jadre uvoľní ako teplo, ktoré sa dá premeniť na elektrickú energiu.
- Atómové jadro je zvyčajne veľmi stabilné a je schopné prežiť podmienky, ako sú chemické reakcie a chemické transformácie. To platí pre všetky atómy periodickej tabuľky okrem skupiny f-blokov, ktorá sa nazýva aktinidová skupina atómov. Táto skupina atómov je zvyčajne veľmi nestabilná a okamžite podlieha rádioaktívnemu rozpadu, aby poskytla relatívne stabilnejšie atómy s uvoľňovaním jadrovej energie, ktorá sa prejavuje teplom a gama žiarením.
Metóda používaná na generovanie atómovej energie z rádioaktívnych atómov je destabilizácia jadra.
Časť 2 z 3: vytváranie atómovej energie
- 1Pochopte, ako sa jadro rozpadá. Metóda používaná na generovanie atómovej energie z rádioaktívnych atómov je destabilizácia jadra. To sa deje pomocou vysoko energetických neutrónov, ktoré sa používajú na bombardovanie jadier ťažkého atómu. Jadro atómu sa rozpadne a uvoľní uloženú jadrovú energiu vo forme tepla, ktoré je možné premeniť na elektrickú energiu.
- Hovorí sa tomu štiepny proces. Atóm uvoľňuje svoju energiu, pretože nepotrebuje toľko energie, aby držal jadro pohromade, pretože teraz obsahuje menší nukleozid. Nuklidy sa nazývajú izotopy, čo je variant prvku, ktorý má rovnaký počet protónov, ale odlišné množstvo neutrónov.
- Impulz na výrobu energie viedol vedcov k tomu, aby preskúmali metódy destabilizácie jadier rádioaktívnych atómov, aby ich indukovali rádioaktívne sa rozpadali s uvoľňovaním veľkého množstva energie, ktorú je možné použiť na výrobu elektriny.
- 2Vyberte atómy zo skupiny aktinidov. Táto skupina obsahuje prvky ako urán a plutónium. Na tento účel je možné použiť aj iné atómy, prekážkou však môže byť cena a dostupnosť iných aktinidov. Aktinidy majú veľký počet protónov a neutrónov, vďaka čomu sú vhodnejšie na štiepenie na jadrové štiepenie.
- Štiepenie je proces, pri ktorom sa veľké atómy rozpadajú na menšie atómy a uvoľňujú jadrovú energiu.
- 3Bombardujte atóm časticami. Najčastejšie by ste používali neutróny. Negatívne nabité častice budú odpudzované elektrónovým oblakom obklopujúcim atóm a pozitívne nabité atómy budú odpudzované elektrostatickými silami v jadre. Neutróny sa týmto interakciám vyhýbajú a ľahšie sa dostanú do jadra s dostatkom energie na spustenie štiepenia. Častice sú poháňané k atómom pomocou nejakého druhu technológie urýchľujúcej častice, ako je napríklad neutrónová pištoľ.
- Neutróny nemajú čistý poplatok. Sú to neutrálne častice.
Atóm uvoľňuje svoju energiu, pretože nepotrebuje toľko energie, aby držal jadro pohromade, pretože teraz obsahuje menší nukleozid.
Časť 3 z 3: využitie atómovej energie
- 1Zistite, ako sa atómová energia premieňa na elektrickú energiu. Rozdelenie atómu nemá za následok okamžitú elektrinu. V skutočnosti väčšinou vytvára veľa tepla. Na výrobu použiteľnej (elektrickej) energie používame toto teplo na varenie veľkého množstva vody na otáčanie turbín. Voda sa potom recykluje a čerpá späť do parného generátora. Voda z jazera alebo iného blízkeho zdroja sa používa na udržanie generátora dostatočne chladného, aby sa zabránilo roztaveniu, a para vytvára listy z veľkých veží, ktoré sú spojené s jadrovými elektrárňami.
- Okrem toho môžete pomocou tlakovodného reaktora premieňať atómovú energiu na elektrickú energiu. Voda sa v reaktore zahrieva štiepením, ale tlakový reaktor zabraňuje varu. Uvoľní však paru, ktorú môže generátor použiť na pohon generátora turbíny. Nepoužitá para bude prúdiť späť cez reaktor. Elektrina z reaktora môže byť transportovaný k transformátoru pre použitie.
- Okrem toho sa pokúste zistiť informácie o rôznych typoch modelov používaných ako stavebné konštrukcie a zistiť, aký vplyv majú rôzne štýly na proces výroby energie.
- 2Študujte kontrolné mechanizmy. Proces využívania jadrových reakcií na účely výroby energie v reaktore musí byť riadeným procesom. Rýchlosť štiepenia je potrebné neustále monitorovať. To sa zvyčajne dosahuje prechodom neutrónových častíc médiom, ako je ťažká voda. Ťažká voda spomaľuje neutróny, takže nemajú dostatočnú rýchlosť na spustenie nekontrolovaného štiepneho procesu jadra.
- Nekontrolované štiepenie jadra je princípom funkcie atómovej bomby, nie výroby jadrovej energie.
- Ťažká voda je termín pre chemickú zlúčeninu D 2 O. Táto zlúčenina sa vyrába nahradením vodíka vo vode deutériom (izotop vodíka, ktorý obsahuje neutrón).
- Ťažká voda môže byť niekedy rozložená pôsobením vysoko energetických neutrónov. Medzi ďalšie zlúčeniny, ktoré sa používajú ako médium na spomalenie rýchlosti neutrónov, patrí grafitová forma atómov uhlíka.
- 3Pozrite sa na webové stránky výrobcov atómovej energie online. Prezrite si diagramy a fotografie svojich štruktúr na výrobu energie, ktoré poskytujú. Tieto fotografie vám poskytnú dobrú predstavu o tom, ako vyzerajú a ako fungujú. Rôzne rastliny budú mať mierne odlišné konštrukcie a technológie na využitie atómovej energie uvoľnenej pri jadrovej reakcii.
Podrobnejšie informácie o výrobe atómovej energie nájdete na webových stránkach národných a medzinárodných regulačných agentúr.
- Zvážiť kontrolu webovej stránky národnej a medzinárodnej regulačnej agentúry Pre podrobnejšie informácie o výrobe atómovej energie.
- Rádioizotopy sú užitočné v rôznych študijných odboroch vrátane priemyslu, medicíny a vedeckého výskumu.
- V roku 2018 približne 20% energie spotrebovanej v Európe pochádza z jadrovej energie.
- Nie je pravdepodobné, že by ste boli schopní navštíviť jadrové zariadenie. Rádioaktívne hladiny môžu byť veľmi nebezpečné, pokiaľ nie ste riadne vyškolení a vybavení.
Prečítajte si tiež: Ako pripraviť akrylamidový gél?
Otázky a odpovede
- Na akom inštitúte môžem študovať atómovú energiu v Kalkate?Saha Institute of Nuclear Physics sa nachádza v Kalkate.
- Aké sú produkty štiepenia?Štiepenie má za následok, že sa veľký atóm, napríklad urán, rozpadne na menšie atómy. Niekedy tieto atómy nie sú ani stabilné a uvoľňujú beta častice alebo iné formy žiarenia. Práve to robí jadrový odpad nebezpečným. Špecifické vedľajšie produkty závisia od konkrétneho paliva a spôsobu štiepenia.
