Ядерна енергія

Ядерна енергія (атомна енергія) - це енергія, що міститься в атомних ядрах і виділяється при ядерних реакціях.

1. Енергія зв'язку

Залежність питомої енергії зв'язку (що припадає на один нуклон) від числа нуклонів в ядрі

Залежність енергії зв'язку, що припадає на один нуклон, від числа нуклонів в ядрі наведена на графіку.

Енергія, яка потрібна, щоб розділити ядро ​​на окремі нуклони, називається енергією зв'язку. Енергія зв'язку, яка припадає на один нуклон, неоднакова для різних хімічних елементів і, навіть, ізотопів одного і того ж хімічного елемента. Питома енергія зв'язку нуклона в ядрі коливається, в середньому, в межах від 1 М еВ у легких ядер ( дейтерій) до 8,6 МеВ, у ядер середньої ваги (А ≈ 100). У важких ядер (А ≈ 200) питома енергія зв'язку нуклона менше, ніж у ядер середньої ваги, приблизно на 1 МеВ, так що їх перетворення в ядра середньої ваги (поділ на 2 частини) супроводжується виділенням енергії в кількості близько 1 МеВ на нуклон, або близько 200 МеВ на ядро. Перетворення легких ядер у більш важкі ядра дає ще більший енергетичний виграш в розрахунку на нуклон. Так, наприклад, реакція сполуки дейтерію і тритію

₁ D + ₁ T → ₂ He ⁴ + ₀ n ¹

супроводжується виділенням енергії 17,6 МеВ, тобто 3,5 МеВ на нуклон ^[1].

2. Вивільнення ядерної енергії

Відомі екзотермічні ядерні реакції, що вивільняють ядерну енергію.

Зазвичай для отримання ядерної енергії використовують ланцюгову ядерну реакцію поділу ядер урану-235 або плутонію. Ядра діляться при попаданні в них нейтрона, при цьому виходять нові нейтрони і осколки поділу. Нейтрони ділення і осколки поділу мають велику кінетичної енергією. В результаті зіткнень осколків з іншими атомами ця кінетична енергія швидко перетворюється в тепло.

Іншим способом вивільнення ядерної енергії є термоядерний синтез. При цьому два ядра легких елементів з'єднуються в одне важке. Такі процеси відбуваються на Сонці.

Багато атомні ядра є нестійкими. З плином часу частина таких ядер мимовільно перетворюються в інші ядра, вивільняючи енергію. Таке явище називають радіоактивним розпадом.

3. Застосування ядерної енергії

Енергія ділення ядер урану або плутонію застосовується в ядерному і термоядерній зброї (як пускач термоядерної реакції). Існували експериментальні ядерні ракетні двигуни, але випробовувалися вони виключно на Землі і в контрольованих умовах, через небезпеку радіоактивного забруднення в разі аварії. На атомних електричних станціях ядерна енергія використовується для отримання тепла, використовуваного для вироблення електроенергії та опалення. Ядерні силові установки вирішили проблему судів з необмеженим районом плавання ( атомні криголами, атомні підводні човни, атомні авіаносці). В умовах дефіциту енергетичних ресурсів ядерна енергетика вважається найбільш перспективною в найближчі десятиліття.

Енергія термоядерного синтезу застосовується в водневої бомби.

Енергія, що виділяється при радіоактивному розпаді, використовується в довгоживучих джерелах тепла і бетагальваніческіх елементах. Автоматичні міжпланетні станції типу "Піонер" та "Вояджер" використовують радіоізотопні термоелектричні генератори. Ізотопний джерело тепла використовував радянський Місяцехід-1.

Примітки