Что такое ядерная энергия и как работает ядерная энергия

С начала промышленной революции интерес на энергию увеличивался из года в год. Сейчас приличная часть этого спроса на энергию удовлетворяется благодаря применению ископаемого топлива. Разрушительные события в Чернобыле, Фукусиме и Три-Майл-Айленде стали причиной тому, что порыв, который когда-то был связан с ядерной энергетикой, несколько поугас. Из-за очень быстро растущих затрат и неблагоприятного воздействия ископаемого топлива на внешнюю среду специалисты работают круглые сутки, чтобы свести до минимума чрезмерную зависимость от него. Хотя возобновляемые источники энергии, например ветровая, солнечная и гидроэнергетика, показали себя как идеальная замена, они все еще далеки от удовлетворения человеческих потребностей. С другой стороны, ядерная энергия обладает всеми необходимыми технологиями для широкого применения. Не обращая внимания на это, вокруг ядерной энергии все еще есть очень много страхов и ошибок.

По определению, ядерная энергия — это энергия, заключенная в ядре атома. Эта энергия может быть применена при помощи двух вариантов реакций: деления и синтеза. Атомы — это небольшие частицы в молекулах, из которых состоят твёрдые тела, жидкости и газы. Сам атом состоит из трех частиц, популярных как нейтроны, протоны и электроны. Атом состоит из ядра (ядрышка), содержащего протоны и нейтроны. Протоны несут позитивный электрический заряд, тогда как электроны несут негативный электрический заряд. Нейтроны, с другой стороны, не имеют электрического заряда. Связи, связывающие ядро вместе, содержат большое количество энергии. Когда эти связи разрываются, высвобождается ядерная энергия. Процесс разрушения таких связей для высвобождения энергии известный как деление ядер. Энергия может быть получена для выработки электричества.

В процессе деления ядер происходит расщепление атомов. При расщеплении атомов высвобождается большое количество энергии. Все атомные электростанции мира применяют деление ядер для изготовления энергии, а большинство АЭС применяют атомы урана как источник топлива. В процессе ядерного деления нейтрон сталкивается с атомом урана, вызывая его расщепление. В результате выделяется приличное количество энергии в виде излучения и тепла. При расщеплении атома урана высвобождается приличное количество нейтронов. Высвобожденные нейтроны сталкиваются с другими атомами урана, и цикл продолжается. Данный процесс известный как ядерная цепная реакция. Эта реакция строго находится под контролем в реакторе АЭС для выработки требуемого количества тепла.

Ядерный синтез — еще один способ высвобождения ядерной энергии. При ядерном синтезе атомы синхронизируются или перемешиваются для получения более массивного атома. Это собой представляет энергетический источник в Солнце и звездах. Хотя ядерный синтез может быть применен для получения энергии, он все еще находится в стадии исследования как жизнеспособный тепловой источник и электричества. Однако возможность того, что он будет прекрасным энергетическим источником для коммерческого применения, неясна. Это связано с трудностями управления термоядерной реакцией.

Как работает ядерная энергия?

Электрическая энергия при помощи ядерной энергии производится также, как мы это делаем, сжигая уголь, нефть или газ. При горении образующееся тепло производит пар. Потом пар вращает турбины. Турбины вращают генераторы, которые делают электричество. Разница между станциями, применяющими уголь, и станциями, применяющими уран в качестве топлива, состоит в том, что тут мы ничего не сжигаем. В действительности, тут в реактор помещаются пучки стержней из радиоактивного элемента урана.

Урановые стержни — это не что иное, как небольшие вертикальные керамические гранулы, которые пакуются в длинные вертикальные трубки. Внутри реактора происходит процесс деления ядер, в результате которого отдельные атомы расщепляются под действием нейтронов. Ядра урана расщепляются и выделяют энергию в виде тепла. Высвобожденные нейтроны потом расщепляют последующие ядра урана.

Как мы видели, уран — это топливо, применяемое для изготовления ядерной энергии. Уран классифицируется как невозобновляемый энергетический ресурс, хотя это прекрасно известныйх металл, который добывают из горных пород по всему миру.

Расщепление атомов

Общий процесс производства ядерной энергии начинается с расщепления атомов. Атомы урана, которые поступают в виде гранул с покрытием из керамики, включаются в активную зону реактора. В результате в активной зоне происходит цепная реакция, которая приводит к расщеплению атомов. Естественно, уран — непостоянный элемент. Поэтому, вызывая его расщепление, он превращается в стабильный элемент. Данный процесс приводит к выделению радиации и тепла.

Поглощение свободно плавающих нейтронов

В процессе деления ядер высвобождаются нейтроны, которые свободно плавают внутри ядра. Свободно плавающие нейтроны поглощаются при помощи регулирующих стержней. Трехвалентный металлоидный элемент под названием барон, который попадает в охлаждающую воду, также помогает в поглощении таких свободно плавающих нейтронов. Это помогает контролировать радиацию и поддерживать реактор в безопасном и холодном состоянии.

Процесс нагрева

Радиация и тепло, генерируемые в процессе деления, начинают подогревать воду. Вода, в сущности, считается носителем тепла, окружающим реактор. Окружающая вода выполняет 2 функции: предохраняет перегрев реактора и транспортирует пар и тепло, которые применяются для вращения турбин.

Вода и магистрали из труб

Вода, которая служит в виде теплоносителя, регулярно течет вокруг и через реактор. Для перевозки этой воды в камеру под давлением и из нее установлены две разные трубы. Первая труба (первичная труба) в ответе за подачу свежей и холодной воды в резервуар. Вторая труба (вторичная труба) транспортирует горячую воду и пар для вращения турбин. В тот момент, когда вторичные трубы транспортируют воду из камеры, которая сглаживает кипение воды, вода которая нагрелась может вскипеть, испариться в пар и вращать турбины. Два комплекта труб сделаны таким образом, что они не могут контактировать между собой. Это нужно для того, чтобы температура в камере оставалась сбалансированной и чтобы настраивать производство тепла и пара в реакторе.

Применение ядерной энергии

Очень многие люди думают, что ядерная энергия применяется исключительно в губительных целях. Однако у нее намного больше позитивных применений, чем негативных.

Как работает атомная электростанция

Производство электричества

Производство атомной энергии имеет очень много общего с другими электростанциями. Разница в том, что ядерная энергия применяется для изготовления пара, который направляется на вращение турбин, запускающих генератор для изготовления электричества.

Галилео. АЭС

Используется в фермерском хозяйстве

Достижения в области ядерных энергетических технологий способствовали производству семян, устойчивых к болезням и насекомым. Это стало причиной повышению урожайности культур сельского хозяйства. Ядерное излучение в течение длительного времени помогало сохранять продовольственные запасы, например фрукты и овощи. Ядерные технологии также помогли ученым в анализе типа почвы, и данная информация помогла увеличить качество почвы.

Тест в ядерной медицине

Ядерные технологии особенно постоянно применяются в изотопном сканировании (радиоизотопном сканировании). При радиоизотопном сканировании применяется минимальное количество радиоактивности для получения изображений на специализированных камерах. Радиоактивная доза обычно вводится путем инъекции в вену пациента через руку или кисть.

Также ядерные излучения применяются при лечении рака, данный процесс известный как радиотерапия. Пораженные клетки уничтожаются под влиянием радиации.

Производство атомной бомбы

Останние годы стали свидетелями распространения атомных бомб. Эти бомбы способны устранить целый город, генерируя ударные волны, радиацию и тепло в результате деления. Однако атомная бомба применялась в военных действиях лишь два раза: при бомбардировках Хиросимы и Нагасаки, которые стали причиной гибели тысяч людей и массовому разрушению имущества и сферы услуг.

Определение водных ресурсов

Вода нужна для жизни, но в большинстве районов нашей планеты питьевой воды мало или ее не хватает. Методы изотопной гидрологии помогают ученым точно отслеживать и померить степень подземных водных ресурсов. Эти инновационные технологии рекомендуют крайне важные аналитические инструменты для хорошего управления и сохранения существующих запасов воды и обнаружения новых и возобновляемых водных источников. Данные инструменты также дают крайне важные ответы на вопросы, которые связаны с происхождением, возрастом и распределением грунтовых вод. Плюс к этому, они помогают определить связь между поверхностными и грунтовыми водами. Результаты дают возможность выполнять обоснованное планирование и эффективное управление водными ресурсами.

Хотя на долю ядерной энергии приходится 15% электрической энергии, производимой по всему миру, она обладает большим рядом положительных качеств, включая чистую энергию, приличное количество, большие залежи, надежность, низкие рабочие затраты, невысокое кол-во отходов и весьма недорогую альтернативу. Первоначальная стоимость АЭС может быть чрезвычайно высокой, и на ее строительство могут понадобиться годы, но население будет уверенно в хорошей и дешевой электрической энергии на десятилетия.

Ссылки: ucsusa.org
Заём на изображение: pixabay

Насколько опасна атомная энергия? / ПостНаука