- Was ist die Kernenergie?
- Wie wird Kernenergie gewonnen?
- Wozu dient Kernenergie?
- Vorteile der Kernenergie
- Nachteile der Kernenergie
- Eigenschaften der Kernenergie
- Beispiele für Kernenergie
Wir erklären, was Kernenergie ist und wie sie gewonnen wird. Außerdem, wofür es ist, Vor- und Nachteile und einige Beispiele.
Atomenergie ist sicher, sehr effizient und vielseitig.Was ist die Kernenergie?
Kernenergie oder Atomenergie ist das Ergebnis der Reaktionen, die in den Atomkernen oder zwischen ihnen stattfinden, dh es ist die Energie, die bei Kernreaktionen freigesetzt wird. Diese Reaktionen können spontan oder künstlich auftreten.
Kernreaktionen sind Prozesse der Kombination oder Fragmentierung der Kerne von Atome Ja subatomare Partikel. Atomkerne können sich verbinden oder zersplittern und dabei große Energiemengen freisetzen oder absorbieren. Wenn Kerne fragmentieren, wird der Vorgang als Kernspaltung bezeichnet, und wenn sie sich verbinden, wird es als Kernfusion bezeichnet.
Zur Kernspaltung kommt es, wenn ein schwerer Atomkern in mehrere Kerne kleinerer zerlegt wird Gewicht, die auch freie Neutronen, Photonen und Kernfragmente produzieren kann. Kernfusion tritt auf, wenn sich mehrere Atomkerne mit ähnlicher Ladung zu einem neuen, schwereren Kern verbinden. Diese Reaktionen laufen in den Kernen der Atome bestimmter Isotope von . ab chemische Elemente wie Uran (U) oder Wasserstoff (H).
Der hohe Energieaufwand bei Kernreaktionen ist im Wesentlichen darauf zurückzuführen, dass ein Teil der Masse der reagierenden Teilchen direkt in Energie umgewandelt wird. Dieser Prozess wurde vom deutschen Physiker Albert Einstein argumentiert, indem er seine Gleichung aufstellte:
E = mc²
Wo:
- UND: Energie
- m: Masse
- C: Lichtgeschwindigkeit
Wie Sie sehen können, bezieht die von Einstein vorgeschlagene Gleichung Masse und Energie in Beziehung.
Die bei Kernreaktionen freigesetzte Energie kann zur Erzeugung von Elektrizität in thermonuklearen Kraftwerken, in der Nuklearmedizin, in der Industrie, im Bergbau, in Archäologie und in vielen anderen Anwendungen.
Seine Hauptverwendung liegt in der Erzeugung von elektrische Energie, wo Kernenergie genutzt wird, um große Bände von Wasser oder zu generieren Gase, deren kalorische Energie es wird dann verwendet, um große Turbinen anzutreiben, die Strom produzieren.
Die kontrollierte Nutzung der Kernenergie dient gemeinnützigen Zwecken. Es ist eine sehr wichtige Energiequelle, wird aber leider auch für militärische Zwecke zur Herstellung von nuklearen Massenvernichtungswaffen verwendet.
Wie wird Kernenergie gewonnen?
Kernenergie wird als Ergebnis der Kernreaktion in bestimmten Atomkernen bestimmter chemischer Elemente gewonnen. Zu den wichtigsten Prozessen zur Gewinnung von Kernenergie zählen die Spaltung des Isotops Uran-235 (235U) des Elements Uran (U) und die Verschmelzung der Isotope Deuterium-Tritium (2H-3H) des Elements Wasserstoff (H) , obwohl auch Kernenergie aus Kernreaktionen in den Isotopen Thorium-232 (232Th), Plutonium-239 (239Pu), Strontium-90 (90Sr) oder Polonium-210 (210Po) gewonnen werden kann.
Die Spaltung von Uran-235 (235U) ist eine exotherme Reaktion, das heißt, sie setzt viel Energie frei. Die freigesetzte Energie erhitzt das Medium, in dem die Reaktion stattfindet, beispielsweise Wasser.
Damit eine Spaltung stattfindet, wird das 235U-Isotop mit beschossen Neutronen kostenlos (obwohl es auch mit bombardiert werden kann Protonen, andere Kerne oder Gammastrahlen), deren Geschwindigkeit sehr kontrolliert wird. Auf diese Weise kann ein freies Neutron vom Kern absorbiert werden, wodurch er destabilisiert und fragmentiert wird und andere kleinere Kerne, freie Neutronen, andere subatomare Teilchen und große Energiemengen erzeugt werden. Es ist wichtig, die Geschwindigkeit der Neutronen zu kontrollieren, denn wenn sie sehr hoch ist, könnten sie einfach mit dem Kern kollidieren oder ihn passieren, und sie würden nicht absorbiert, um eine Spaltung zu erzeugen.
Die bei der Kernspaltung erzeugten Partikel können wiederum von anderen benachbarten Kernen absorbiert werden, die ebenfalls eine Kernspaltung sein werden, und die Partikel, die als Ergebnis dieser anderen Kernspaltung erzeugt werden, können wiederum absorbiert werden von andere Kerne und so weiter, was eine sogenannte Kettenreaktion hervorruft.
Kontrollierte nukleare Kettenreaktionen haben viele nützliche Anwendungen, wie oben erwähnt. Wenn die Kettenreaktion jedoch unkontrolliert ist, wird sie fortgesetzt, bis kein Spaltmaterial mehr vorhanden ist, was in kurzer Zeit erfolgt. Dieser unkontrollierte Prozess ist der Beginn des Einsatzes der Atombomben, die die Vereinigten Staaten auf Japan im Zweiter Weltkrieg.
Andererseits ist die Fusion des Deuterium-Tritium-Paares (2H-3H) der einfachste existierende Kernfusionsprozess. Damit diese Fusion stattfinden kann, müssen zwei Protonen (eines aus 2H und das andere aus 3H) näher zusammengebracht werden, damit die Kräfte der starken Kernwechselwirkung (Kräfte, die Nukleonen, also Protonen und Neutronen, vereinen und überwinden müssen) die Abstoßungskraft zwischen Protonen, da sie die gleiche Ladung haben) die elektrostatischen Wechselwirkungskräfte übersteigen, da Protonen eine positive Ladung haben, also neigen sie dazu, sich gegenseitig abzustoßen. Um dies zu erreichen, werden bestimmte Drücke und Dekompressionen angewendet, sowie Temperaturen sehr spezifisch. Dieser Fusionsprozess erzeugt einen 4He-Kern, ein Neutron und eine große Energiemenge.
Kernfusion ist ein Prozess, der spontan in Sterne, zum Beispiel die Sonne, die aber auch künstlich erzeugt wurde.
Im Allgemeinen produzieren Kernreaktionen instabile Atome, die, um sich selbst zu stabilisieren, überschüssige Energie an die Umgebung für eine bestimmte Zeit. Diese emittierte Energie wird als ionisierende Strahlung bezeichnet, die genügend Energie hat, um die Angelegenheit darum herum, weshalb Strahlung für alle Lebensformen äußerst gefährlich ist.
Wozu dient Kernenergie?
Die friedlichen Nutzungen der Kernenergie sind zahlreich, nicht nur zur Stromerzeugung (die in der heutigen industrialisierten Welt bereits von enormer Bedeutung ist), sondern auch zur Erzeugung von nutzbarer und zurückführbarer Wärmeenergie oder von mechanische Energie, und sogar Formen ionisierender Strahlung, die zum Sterilisieren von medizinischem oder chirurgischem Material verwendet werden können. Es wird auch zum Antrieb von Fahrzeugen wie Atom-U-Booten verwendet.
Vorteile der Kernenergie
Die Vorteile der Kernenergie sind:
- Wenig umweltschädlich. Solange es keine Unfälle gibt und radioaktiver Abfall ordnungsgemäß entsorgt wird, belasten Atomkraftwerke die Umwelt weniger als verbrennen fossile Brennstoffe.
- Sicher. Solange die Anforderungen von Sicherheit, Atomkraft kann zuverlässig, konsistent und sauber sein.
- Effizient. Die Energiemengen, die bei dieser Art von Kernreaktionen freigesetzt werden, sind im Vergleich zu der Menge an Rohmaterial Sie fordern.
- Vielseitig. Die Anwendung von Strahlung und anderen Formen der Kernenergie in verschiedenen Bereichen des menschlichen Wissens, wie beispielsweise der Medizin, ist wichtig.
Nachteile der Kernenergie
Die Nachteile der Atomkraft sind:
- Riskant Bei Unfällen, wie sie sich mit dem Kernreaktor von Tschernobyl im ehemaligen Sovietunion, die Zivilbevölkerung und sogar das Tierleben sind einem hohen Risiko einer radioaktiven Kontamination ausgesetzt.
- Entsorgung. Radioaktive Nebenprodukte aus Kernkraftwerken sind schwer zu handhaben und einige haben eine sehr lange Halbwertszeit (die Zeit, die ein radioaktives Atom zum Zerfall braucht).
- Teuer Die Errichtung von Kernkraftwerken und deren Nutzung Technologie es ist normalerweise sehr teuer.
Eigenschaften der Kernenergie
Im Großen und Ganzen ist Kernenergie mächtig, effizient und eine wahre Errungenschaft der menschlichen Beherrschung der Physik. Es ist jedoch auch eine riskante Technologie: Nach den Katastrophen durch die Atombomben in Hiroshima und Nagasaki oder dem Unfall von Tschernobyl in der UdSSR ist bekannt, dass diese Art von Technologie eine echte Gefahr für das Leben auf dem Planeten darstellt wir wissen es.
Beispiele für Kernenergie
Ein friedliches Beispiel für die Nutzung dieser Energie ist jedes Atomkraftwerk wie das in Ikata in Japan. Ein Beispiel für seine kriegerische Nutzung war die Bombardierung der Städte Japanerinnen aus Hiroshima und Nagasaki 1945 während des Zweiten Weltkriegs.