- Wat is de kernenergie?
- Hoe wordt kernenergie verkregen?
- Waar dient kernenergie voor?
- Voordelen van kernenergie
- Nadelen van kernenergie
- Kenmerken van kernenergie
- Voorbeelden van kernenergie
We leggen uit wat kernenergie is en hoe het wordt verkregen. Ook waar het voor is, voordelen, nadelen en enkele voorbeelden.
Atoomenergie is veilig, vrij efficiënt en veelzijdig.Wat is de kernenergie?
Kernenergie of atoomenergie is het resultaat van de reacties die plaatsvinden in de atoomkernen of daartussen, dat wil zeggen, het is de energie die vrijkomt bij kernreacties. Deze reacties kunnen spontaan of kunstmatig optreden.
Kernreacties zijn processen van combinatie of fragmentatie van de kernen van atomen ja subatomische deeltjes. Atoomkernen kunnen combineren of fragmenteren, daarbij grote hoeveelheden energie vrijgeven of absorberen. Wanneer kernen fragmenteren, staat het proces bekend als kernsplijting en wanneer ze worden gecombineerd, wordt het kernfusie genoemd.
Kernsplijting treedt op wanneer een zware atoomkern wordt gefragmenteerd in verschillende kernen van kleinere gewicht, in staat om ook vrije neutronen, fotonen en fragmenten van de kern te produceren. Kernfusie vindt plaats wanneer verschillende atoomkernen met vergelijkbare ladingen samen een nieuwe, zwaardere kern vormen. Deze reacties vinden plaats in de kernen van de atomen van bepaalde isotopen van chemische elementen zoals uranium (U) of waterstof (H).
De grote hoeveelheid energie die betrokken is bij kernreacties is fundamenteel te wijten aan het feit dat een deel van de massa van de reagerende deeltjes direct wordt omgezet in energie. Dit proces werd beargumenteerd door de Duitse natuurkundige Albert Einstein door zijn vergelijking te stellen:
E = mc²
Waar:
- EN: Energie
- m: massa-
- C: lichtsnelheid
Zoals je kunt zien, heeft de door Einstein voorgestelde vergelijking betrekking op massa en energie.
De energie die vrijkomt bij kernreacties kan worden gebruikt om elektriciteit in thermonucleaire energiecentrales, in de nucleaire geneeskunde, in de industrie, in de mijnbouw, in archeologie en in vele andere toepassingen.
Het belangrijkste gebruik is bij het genereren van elektrische energie, waar kernenergie wordt gebruikt om grote volumes van Water of om te genereren gassen, van wie calorische energie het wordt vervolgens gebruikt om grote turbines aan te drijven die elektriciteit produceren.
Het gecontroleerde gebruik van kernenergie wordt gebruikt voor charitatieve doeleinden. Het is een zeer belangrijke energiebron, maar helaas wordt het ook voor militaire doeleinden gebruikt voor de productie van kernwapens voor massavernietiging.
Hoe wordt kernenergie verkregen?
Kernenergie wordt verkregen als resultaat van de kernreactie in bepaalde atoomkernen van bepaalde chemische elementen. Enkele van de belangrijkste processen om kernenergie te verkrijgen zijn de splitsing van de isotoop uranium-235 (235U) van het element uranium (U) en de fusie van de isotopen deuterium-tritium (2H-3H) van het element waterstof (H) , hoewel ook kernenergie kan worden verkregen uit kernreacties in de isotopen thorium-232 (232Th), plutonium-239 (239Pu), strontium-90 (90Sr) of polonium-210 (210Po).
De splijting van uranium-235 (235U) is een exotherme reactie, dat wil zeggen dat er veel energie vrijkomt. De vrijgekomen energie verwarmt het medium waarin de reactie plaatsvindt, bijvoorbeeld water.
Om splijting te laten plaatsvinden, wordt de 235U-isotoop gebombardeerd met neutronen gratis (hoewel het ook kan worden gebombardeerd met protonen, andere kernen of gammastralen) waarvan de snelheid zeer gecontroleerd is. Op deze manier kan een vrij neutron door de kern worden geabsorbeerd, waardoor het destabiliseert en fragmenteert, en andere kleinere kernen, vrije neutronen, andere subatomaire deeltjes en grote hoeveelheden energie genereert. Het is belangrijk om de snelheid van de neutronen te regelen, want als deze erg hoog is, kunnen ze eenvoudig botsen met of door de kern gaan, en ze zouden niet worden geabsorbeerd om splijting te veroorzaken.
De deeltjes die worden gegenereerd als gevolg van de splijting van een kern, kunnen op hun beurt worden geabsorbeerd door andere naburige kernen, wat ook splijting zal zijn, en de deeltjes die worden gegenereerd als gevolg van deze andere splijting, kunnen opnieuw worden geabsorbeerd door andere kernen, enzovoort, produceren wat bekend staat als: kettingreactie.
Gecontroleerde nucleaire kettingreacties hebben veel nuttige toepassingen, zoals hierboven vermeld. Wanneer de kettingreactie echter ongecontroleerd is, gaat deze door totdat er geen materiaal meer is voor splijting, wat in korte tijd plaatsvindt. Dit ongecontroleerde proces is het begin van de operatie van de atoombommen die de Verenigde Staten in de Tweede Wereldoorlog.
Aan de andere kant is de fusie van het deuterium-tritium-paar (2H-3H) het eenvoudigste kernfusieproces dat er bestaat. Om deze fusie te laten plaatsvinden, is het noodzakelijk om twee protonen dichter bij elkaar te brengen (een van 2H en de andere van 3H) zodat de krachten van sterke nucleaire interactie (krachten die nucleonen verenigen, dat wil zeggen protonen en neutronen, en die moeten overwinnen de afstotingskracht tussen protonen, aangezien ze dezelfde lading hebben) groter zijn dan de elektrostatische interactiekrachten, aangezien protonen een positieve lading hebben, zodat ze elkaar afstoten. Om dit te bereiken, worden bepaalde drukken en decompressies toegepast, evenals: temperaturen heel specefiek. Dit fusieproces produceert een 4He-kern, een neutron en een grote hoeveelheid energie.
Kernfusie is een proces dat spontaan plaatsvindt in sterren, bijvoorbeeld de zon, maar die ook kunstmatig is gegenereerd.
Over het algemeen produceren kernreacties onstabiele atomen, die, om zichzelf te stabiliseren, overtollige energie afgeven aan de omgeving voor een bepaalde tijd. Deze uitgestraalde energie wordt ioniserende straling genoemd, die voldoende energie heeft om de te ioniseren materie daaromheen, en daarom is straling extreem gevaarlijk voor alle levensvormen.
Waar dient kernenergie voor?
De vreedzame toepassingen van kernenergie zijn talrijk, niet alleen voor de opwekking van elektriciteit (die nu al van enorm belang is in de geïndustrialiseerde wereld van vandaag), maar ook voor de productie van bruikbare en intrekbare warmte-energie, of van mechanische energieen zelfs vormen van ioniserende straling die kunnen worden gebruikt om medisch of chirurgisch materiaal te steriliseren. Het wordt ook gebruikt om voertuigen aan te drijven, zoals atoomonderzeeërs.
Voordelen van kernenergie
De voordelen van kernenergie zijn:
- Weinig vervuilend. Zolang er geen ongelukken gebeuren en radioactief afval op de juiste manier wordt verwijderd, vervuilen kerncentrales het milieu minder dan verbranden fossiele brandstoffen.
- Veilig. Zolang de eisen van veiligheid, kan kernenergie betrouwbaar, consistent en schoon zijn.
- Efficiënt. De hoeveelheden energie die vrijkomen bij dit soort kernreacties zijn enorm in vergelijking met de hoeveelheid grondstof ze eisen.
- Veelzijdig. De toepassing van straling en andere vormen van kernenergie op verschillende gebieden van de menselijke kennis, zoals de geneeskunde, is belangrijk.
Nadelen van kernenergie
De nadelen van kernenergie zijn:
- Riskant Bij ongevallen, zoals die met de kernreactor van Tsjernobyl in de voormalige Sovjet Unie, lopen de burgerbevolking en zelfs het dierenleven een hoog risico op radioactieve besmetting.
- Beschikbaarheid. Radioactieve bijproducten van kerncentrales zijn moeilijk te hanteren en sommige hebben een zeer lange halfwaardetijd (de tijd die een radioactief atoom nodig heeft om uiteen te vallen).
- Duur De oprichting van kerncentrales en het gebruik hiervan technologie het is meestal erg duur.
Kenmerken van kernenergie
In het algemeen is kernenergie krachtig, efficiënt, een ware prestatie van menselijk meesterschap over de natuurkunde. Het is echter ook een riskante technologie: na het zien van de rampen veroorzaakt door de atoombommen in Hiroshima en Nagasaki, of het ongeluk in Tsjernobyl in de USSR, is het bekend dat dit soort technologie een reëel gevaar vormt voor het leven op de planeet. we weten het.
Voorbeelden van kernenergie
Een vreedzaam voorbeeld van het gebruik van deze energie is elke kerncentrale, zoals die in Ikata, in Japan. Een voorbeeld van zijn oorlogszuchtig gebruik was het bombardement van de steden Japanse vrouwen uit Hiroshima en Nagasaki in 1945 tijdens de Tweede Wereldoorlog.