- ما هي الطاقة النووية؟
- كيف يتم الحصول على الطاقة النووية؟
- ما هي الطاقة النووية؟
- مزايا الطاقة النووية
- مساوئ الطاقة النووية
- خصائص الطاقة النووية
- أمثلة على الطاقة النووية
نفسر ما هي الطاقة النووية وكيف يتم الحصول عليها. أيضا ، ما الغرض منه ، المزايا والعيوب وبعض الأمثلة.
الطاقة الذرية آمنة وفعالة ومتعددة الاستخدامات.ما هي الطاقة النووية؟
الطاقة النووية أو الطاقة الذرية هي نتيجة التفاعلات التي تحدث في النوى الذرية أو فيما بينها ، أي أنها الطاقة المنبعثة في التفاعلات النووية. يمكن أن تحدث هذه التفاعلات بشكل عفوي أو مصطنع.
التفاعلات النووية هي عمليات دمج أو تفتيت نوى ذرات ص الجسيمات دون الذرية. يمكن أن تتحد النوى الذرية أو تتفتت ، أو تطلق أو تمتص كميات كبيرة من الطاقة في هذه العملية. عندما تتفتت النوى ، تُعرف العملية بالانشطار النووي ، وعندما تتحد تسمى الاندماج النووي.
يحدث الانشطار النووي عندما تنقسم نواة ذرية ثقيلة إلى عدة نوى أصغر وزن، القدرة أيضًا على إنتاج نيوترونات وفوتونات وشظايا من النواة. يحدث الاندماج النووي عندما تتحد عدة نوى ذرية بشحنات متشابهة لتكوين نواة جديدة أثقل. تحدث هذه التفاعلات في نوى ذرات نظائر معينة من العناصر الكيميائية مثل اليورانيوم (U) أو الهيدروجين (H).
ترجع الكمية الكبيرة من الطاقة المتضمنة في التفاعلات النووية بشكل أساسي إلى حقيقة أن جزءًا من كتلة الجسيمات المتفاعلة يتم تحويله إلى طاقة مباشرة. ناقش الفيزيائي الألماني ألبرت أينشتاين هذه العملية بطرح معادلته:
E = mc²
أين:
- و: طاقة
- م: الجماعية
- ج: سرعة الضوء
كما ترى ، فإن المعادلة التي اقترحها أينشتاين تتعلق بالكتلة والطاقة.
يمكن استخدام الطاقة المنبعثة في التفاعلات النووية للتوليد كهرباء في محطات الطاقة النووية الحرارية ، في الطب النووي ، في الصناعة ، في التعدين ، في علم الآثار وفي العديد من التطبيقات الأخرى.
استخدامه الرئيسي في جيل الطاقة الكهربائيةحيث تستخدم الطاقة النووية لتسخين كبير أحجام من ماء أو لتوليد غازات، ملك من طاقة السعرات الحرارية ثم يتم استخدامه لتشغيل التوربينات الكبيرة التي تنتج الكهرباء.
يتم استخدام الطاقة النووية الخاضعة للرقابة لأغراض خيرية. إنه مصدر مهم للغاية للطاقة ولكن أيضًا ، للأسف ، يتم استخدامه لأغراض عسكرية لإنتاج أسلحة الدمار الشامل النووية.
كيف يتم الحصول على الطاقة النووية؟
يتم الحصول على الطاقة النووية نتيجة تفاعل نووي في نوى ذرية معينة لعناصر كيميائية معينة. بعض أهم العمليات للحصول على الطاقة النووية هي انشطار نظير اليورانيوم -235 (235U) لعنصر اليورانيوم (U) واندماج نظائر الديوتيريوم-التريتيوم (2H-3H) لعنصر الهيدروجين (H) ، على الرغم من أنه يمكن أيضًا الحصول على الطاقة النووية من التفاعلات النووية في نظائر الثوريوم -232 (232Th) أو البلوتونيوم 239 (239Pu) أو السترونشيوم 90 (90Sr) أو البولونيوم 210 (210Po).
إن انشطار اليورانيوم 235 (يو 235) هو تفاعل طارد للحرارة ، أي أنه يطلق الكثير من الطاقة. تعمل الطاقة المنبعثة على تسخين الوسط الذي يحدث فيه التفاعل ، والذي يمكن أن يكون الماء ، على سبيل المثال.
لكي يحدث الانشطار ، يتم قصف نظير 235U النيوترونات مجاني (على الرغم من أنه يمكن أيضًا قصفه بـ البروتونات، نوى أخرى أو أشعة جاما) التي يتم التحكم في سرعتها بشكل كبير. بهذه الطريقة ، يمكن للنواة أن تمتص نيوترونًا حرًا ، مما يتسبب في زعزعة استقراره وتفتيته ، وتوليد نوى أصغر أخرى ، ونيوترونات حرة ، وجسيمات دون ذرية أخرى ، وكميات كبيرة من الطاقة. من المهم التحكم في سرعة النيوترونات لأنها إذا كانت عالية جدًا فيمكنها ببساطة أن تصطدم بالنواة أو تمر عبرها ، ولن يتم امتصاصها لإنتاج الانشطار.
يمكن للجسيمات المتولدة نتيجة انشطار النواة أن تمتص بدورها بواسطة نوى مجاورة أخرى ، والتي ستكون أيضًا انشطارًا ، والجسيمات التي تتولد نتيجة هذا الانشطار الآخر ، يمكن ، مرة أخرى ، امتصاصها بواسطة نوى أخرى ، وما إلى ذلك ، تنتج ما يعرف باسم: تفاعل متسلسل.
التفاعلات المتسلسلة النووية الخاضعة للرقابة لها العديد من التطبيقات المفيدة ، كما ذكر أعلاه. ومع ذلك ، عندما يكون التفاعل المتسلسل غير متحكم فيه ، فإنه يستمر حتى لا يوجد المزيد من المواد للانشطار ، والذي يحدث في وقت قصير. هذه العملية غير المنضبطة هي بداية تشغيل القنابل الذرية التي ألقتها الولايات المتحدة على اليابان في الحرب العالمية الثانية.
من ناحية أخرى ، فإن اندماج زوج الديوتيريوم والتريتيوم (2H-3H) هو أبسط عملية اندماج نووي موجودة. لكي يحدث هذا الاندماج ، من الضروري تقريب بروتونين من بعضهما البعض (أحدهما من 2H والآخر من 3H) بحيث تكون قوى التفاعل النووي القوي (القوى التي توحد النوى ، أي البروتونات والنيوترونات ، والتي يجب التغلب عليها تتعدى قوة التنافر بين البروتونات ، نظرًا لأن لها نفس الشحنة) قوى التفاعل الكهروستاتيكي ، نظرًا لأن البروتونات لها شحنة موجبة ، لذلك تميل إلى التنافر. لتحقيق ذلك ، يتم تطبيق بعض الضغوط وإلغاء الضغط ، وكذلك درجات الحرارة خاص جدا. تنتج عملية الاندماج هذه نواة 4He ونيوترون وكمية كبيرة من الطاقة.
الاندماج النووي هو عملية تحدث بشكل عفوي في النجوم، على سبيل المثال ، الشمس ، ولكن تم إنشاؤها أيضًا بشكل مصطنع.
بشكل عام ، تنتج التفاعلات النووية ذرات غير مستقرة ، والتي ، لتحقيق الاستقرار ، تنبعث طاقة زائدة إلى بيئة لوقت محدد. تسمى هذه الطاقة المنبعثة بالإشعاع المؤين ، والتي لديها طاقة كافية لتأين موضوع من حوله ، وهذا هو السبب في أن الإشعاع خطير للغاية على جميع أشكال الحياة.
ما هي الطاقة النووية؟
إن الاستخدامات السلمية للطاقة النووية عديدة ، ليس فقط لتوليد الكهرباء (التي لها بالفعل أهمية كبيرة في العالم الصناعي اليوم) ولكن أيضًا لإنتاج طاقة حرارية قابلة للاستخدام والقابلة للسحب ، أو الطاقة الميكانيكيةوحتى أشكال الإشعاع المؤين التي يمكن استخدامها لتعقيم المواد الطبية أو الجراحية. كما أنها تستخدم لتشغيل المركبات ، مثل الغواصات الذرية.
مزايا الطاقة النووية
مزايا الطاقة النووية هي:
- القليل من التلوث. طالما لا توجد حوادث ويتم التخلص من النفايات المشعة بشكل صحيح ، فإن محطات الطاقة النووية تلوث البيئة بدرجة أقل من الاحتراق الوقود الحفري.
- آمن. ما دامت متطلبات الأمان، يمكن أن تكون الطاقة النووية موثوقة ومتسقة ونظيفة.
- فعالة. إن كميات الطاقة المنبعثة من هذه الأنواع من التفاعلات النووية هائلة مقارنة بكمية مواد خام يطالبون.
- متعدد الجوانب والاستعمالات. من المهم تطبيق الإشعاع وغيره من أشكال الطاقة النووية في مختلف مجالات المعرفة البشرية ، مثل الطب.
مساوئ الطاقة النووية
مساوئ الطاقة النووية هي:
- محفوفة بالمخاطر في حالات الحوادث مثل تلك التي وقعت مع مفاعل تشيرنوبيل النووي السابق الإتحاد السوفييتيوالسكان المدنيين وحتى حياة الحيوانات معرضون بشدة للتلوث الإشعاعي.
- تصرف. يصعب التعامل مع المنتجات الثانوية المشعة من محطات الطاقة النووية وبعضها له نصف عمر طويل جدًا (الوقت الذي تستغرقه الذرة المشعة لتتحلل).
- غالي الثمن إنشاء محطات الطاقة النووية والاستفادة منها تكنولوجيا عادة ما تكون باهظة الثمن.
خصائص الطاقة النووية
بشكل عام ، الطاقة النووية قوية وفعالة وإنجاز حقيقي لسيادة الإنسان على الفيزياء. ومع ذلك ، فهي أيضًا تقنية محفوفة بالمخاطر: بعد رؤية الكوارث التي سببتها القنابل الذرية في هيروشيما وناغازاكي ، أو حادثة تشيرنوبيل في الاتحاد السوفيتي ، من المعروف أن هذا النوع من التكنولوجيا يمثل خطرًا حقيقيًا على الحياة على هذا الكوكب. نحن نعلم ذلك.
أمثلة على الطاقة النووية
المثال السلمي لاستخدام هذه الطاقة هو أي محطة للطاقة النووية ، مثل تلك الموجودة في إيكاتا ، في اليابان. مثال على استخدامه الحربي كان قصف مدن نساء يابانيات من هيروشيما وناجازاكي في عام 1945 أثناء الحرب العالمية الثانية.