- พลังงานนิวเคลียร์คืออะไร?
- พลังงานนิวเคลียร์ได้รับมาอย่างไร?
- พลังงานนิวเคลียร์มีไว้เพื่ออะไร?
- ข้อดีของพลังงานนิวเคลียร์
- ข้อเสียของพลังงานนิวเคลียร์
- ลักษณะของพลังงานนิวเคลียร์
- ตัวอย่างพลังงานนิวเคลียร์
เราอธิบายว่าพลังงานนิวเคลียร์คืออะไรและได้มาอย่างไร อีกทั้งมีไว้เพื่ออะไร ข้อดี ข้อเสีย และตัวอย่างบางส่วน
พลังงานปรมาณูมีความปลอดภัย ค่อนข้างมีประสิทธิภาพและหลากหลายพลังงานนิวเคลียร์คืออะไร?
พลังงานนิวเคลียร์หรือพลังงานปรมาณูเป็นผลมาจากปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นในนิวเคลียสของอะตอมหรือระหว่างนิวเคลียสนั่นคือพลังงานที่ปล่อยออกมาในปฏิกิริยานิวเคลียร์ ปฏิกิริยาเหล่านี้สามารถเกิดขึ้นได้เองตามธรรมชาติหรือโดยธรรมชาติ
ปฏิกิริยานิวเคลียร์เป็นกระบวนการของการรวมกันหรือการกระจายตัวของนิวเคลียสของ อะตอม Y อนุภาค. นิวเคลียสของอะตอมสามารถรวมกันหรือแตกเป็นชิ้นเล็กชิ้นน้อย ปล่อยหรือดูดซับพลังงานจำนวนมากในกระบวนการ เมื่อนิวเคลียสแตกตัว กระบวนการนี้เรียกว่า นิวเคลียสฟิชชัน และเมื่อรวมกันจะเรียกว่า นิวเคลียสฟิวชั่น
นิวเคลียร์ฟิชชันเกิดขึ้นเมื่อนิวเคลียสของอะตอมหนักถูกแยกส่วนออกเป็นหลายนิวเคลียสที่มีขนาดเล็กกว่า น้ำหนักสามารถผลิตนิวตรอน โฟตอน และชิ้นส่วนของนิวเคลียสได้ฟรี นิวเคลียสฟิวชันเกิดขึ้นเมื่อนิวเคลียสของอะตอมหลายตัวที่มีประจุคล้ายกันรวมกันเป็นนิวเคลียสที่หนักกว่า ปฏิกิริยาเหล่านี้เกิดขึ้นในนิวเคลียสของอะตอมของไอโซโทปของ องค์ประกอบทางเคมี เช่น ยูเรเนียม (U) หรือไฮโดรเจน (H)
พลังงานจำนวนมากที่เกี่ยวข้องกับปฏิกิริยานิวเคลียร์มีพื้นฐานมาจากข้อเท็จจริงที่ว่าส่วนหนึ่งของมวลของอนุภาคที่ทำปฏิกิริยาถูกแปลงเป็นพลังงานโดยตรง กระบวนการนี้ถูกโต้แย้งโดยนักฟิสิกส์ชาวเยอรมัน Albert Einstein โดยวางสมการของเขา:
E = mc²
ที่ไหน:
- และ: พลังงาน
- ม: มวล
- ค: ความเร็วของแสง
อย่างที่คุณเห็น สมการที่ไอน์สไตน์เสนอนั้นเกี่ยวข้องกับมวลและพลังงาน
พลังงานที่ปล่อยออกมาในปฏิกิริยานิวเคลียร์สามารถนำมาใช้เพื่อสร้าง ไฟฟ้า ในโรงไฟฟ้าเทอร์โมนิวเคลียร์, เวชศาสตร์นิวเคลียร์, ในอุตสาหกรรม, ในเหมือง, ใน โบราณคดี และในแอปพลิเคชั่นอื่น ๆ อีกมากมาย
การใช้งานหลักอยู่ในรุ่นของ พลังงานไฟฟ้าที่ใช้พลังงานนิวเคลียร์เพื่อให้ความร้อนสูง ปริมาณ จาก น้ำ หรือเพื่อสร้าง ก๊าซ, ของใคร พลังงานแคลอรี่ มันถูกใช้เพื่อขับเคลื่อนกังหันขนาดใหญ่ที่ผลิตกระแสไฟฟ้า
การควบคุมการใช้พลังงานนิวเคลียร์เพื่อการกุศล เป็นแหล่งพลังงานที่สำคัญมาก แต่น่าเสียดายที่มันถูกใช้เพื่อวัตถุประสงค์ทางทหารในการผลิตอาวุธนิวเคลียร์ที่มีอำนาจทำลายล้างสูง
พลังงานนิวเคลียร์ได้รับมาอย่างไร?
พลังงานนิวเคลียร์ได้มาจากปฏิกิริยานิวเคลียร์ในนิวเคลียสอะตอมของธาตุเคมีบางชนิด กระบวนการที่สำคัญที่สุดบางประการในการได้มาซึ่งพลังงานนิวเคลียร์ ได้แก่ การแตกตัวของไอโซโทปยูเรเนียม-235 (235U) ของธาตุยูเรเนียม (U) และการหลอมรวมของไอโซโทป ดิวเทอเรียม-ทริเทียม (2H-3H) ของธาตุไฮโดรเจน (H) แม้ว่าจะสามารถรับพลังงานนิวเคลียร์ได้จากปฏิกิริยานิวเคลียร์ในไอโซโทปทอเรียม-232 (232Th), พลูโทเนียม-239 (239Pu), สตรอนเทียม-90 (90Sr) หรือพอโลเนียม-210 (210Po)
การแยกตัวของยูเรเนียม-235 (235U) เป็นปฏิกิริยาคายความร้อน กล่าวคือ มันปล่อยพลังงานออกมาเป็นจำนวนมาก พลังงานที่ปล่อยออกมาจะทำให้ตัวกลางเกิดปฏิกิริยาขึ้น เช่น น้ำ เป็นต้น
เพื่อให้เกิดการแตกตัว ไอโซโทป 235U จะถูกทิ้งระเบิดด้วย นิวตรอน ฟรี (แม้ว่าจะสามารถโจมตีได้ด้วย โปรตอน, นิวเคลียสหรือรังสีแกมมาอื่นๆ) ซึ่งควบคุมความเร็วได้มาก ด้วยวิธีนี้ นิวตรอนอิสระสามารถดูดซับโดยนิวเคลียส ทำให้เกิดความไม่เสถียรและแตกเป็นเสี่ยง และสร้างนิวเคลียสที่มีขนาดเล็กกว่า นิวตรอนอิสระ อนุภาคย่อยอื่นๆ และพลังงานจำนวนมาก สิ่งสำคัญคือต้องควบคุมความเร็วของนิวตรอน เพราะถ้ามันสูงมาก พวกมันสามารถชนหรือทะลุผ่านนิวเคลียสได้ และพวกมันจะไม่ถูกดูดกลืนเพื่อทำให้เกิดการแตกตัว
อนุภาคที่เกิดขึ้นจากการแตกตัวของนิวเคลียสสามารถถูกดูดซับโดยนิวเคลียสที่อยู่ใกล้เคียงอื่น ๆ ซึ่งจะเป็นฟิชชันด้วยและอนุภาคที่เกิดจากการแยกตัวอื่นนี้อาจถูกดูดซับอีกครั้งโดย นิวเคลียสอื่น ๆ และอื่น ๆ ทำให้เกิดสิ่งที่เรียกว่า: ปฏิกิริยาลูกโซ่.
ปฏิกิริยาลูกโซ่นิวเคลียร์ที่ควบคุมได้มีประโยชน์หลายอย่าง ดังที่ได้กล่าวไว้ข้างต้น อย่างไรก็ตาม เมื่อปฏิกิริยาลูกโซ่ไม่สามารถควบคุมได้ ปฏิกิริยาจะดำเนินต่อไปจนกว่าจะไม่มีวัสดุที่จะแตกตัวอีกต่อไป ซึ่งเกิดขึ้นในระยะเวลาอันสั้น กระบวนการที่ไม่สามารถควบคุมได้นี้เป็นจุดเริ่มต้นของการทำงานของระเบิดปรมาณูที่สหรัฐฯ ทิ้งในญี่ปุ่นใน สงครามโลกครั้งที่สอง.
ในทางกลับกัน การหลอมรวมของคู่ดิวเทอเรียม-ทริเทียม (2H-3H) เป็นกระบวนการนิวเคลียร์ฟิวชันที่ง่ายที่สุดที่มีอยู่ เพื่อให้เกิดการหลอมรวมนี้ จำเป็นต้องนำโปรตอนสองตัวเข้ามาใกล้กันมากขึ้น (ตัวหนึ่งมาจาก 2H และอีกตัวมาจาก 3H) เพื่อให้แรงของปฏิกิริยานิวเคลียร์อย่างแรง (แรงที่รวมนิวคลีออนเข้าด้วยกัน นั่นคือ โปรตอนและนิวตรอน และจะต้องเอาชนะ แรงผลักระหว่างโปรตอน เนื่องจากมีประจุเท่ากัน) เกินแรงปฏิกิริยาไฟฟ้าสถิต เนื่องจากโปรตอนมีประจุบวก พวกมันจึงมีแนวโน้มที่จะผลักกัน เพื่อให้บรรลุสิ่งนี้ จะใช้แรงกดดันและการบีบอัดบางอย่างรวมถึง อุณหภูมิ เฉพาะเจาะจงมาก กระบวนการหลอมรวมนี้ทำให้เกิดนิวเคลียส 4He นิวตรอน และพลังงานจำนวนมาก
นิวเคลียร์ฟิวชันเป็นกระบวนการที่เกิดขึ้นเองตามธรรมชาติใน ดวงดาวตัวอย่างเช่น ดวงอาทิตย์แต่ยังถูกสร้างเทียม
โดยทั่วไป ปฏิกิริยานิวเคลียร์จะสร้างอะตอมที่ไม่เสถียร ซึ่งจะทำให้ตัวมันเองเสถียร ปล่อยพลังงานส่วนเกินไปยัง สิ่งแวดล้อม ในช่วงเวลาที่กำหนด พลังงานที่ปล่อยออกมานี้เรียกว่ารังสีไอออไนซ์ซึ่งมีพลังงานเพียงพอที่จะแตกตัวเป็นไอออน วัตถุ รอบตัวซึ่งเป็นสาเหตุที่การแผ่รังสีเป็นอันตรายอย่างยิ่งต่อสิ่งมีชีวิตทุกรูปแบบ
พลังงานนิวเคลียร์มีไว้เพื่ออะไร?
การใช้พลังงานนิวเคลียร์อย่างสันติมีมากมาย ไม่เพียงแต่สำหรับการผลิตไฟฟ้าเท่านั้น (ซึ่งมีความสำคัญอย่างมากในโลกอุตสาหกรรมปัจจุบัน) แต่สำหรับการผลิตพลังงานความร้อนที่ใช้งานได้และหดได้ หรือของ พลังงานกลและแม้กระทั่งรูปแบบของรังสีไอออไนซ์ที่สามารถใช้ฆ่าเชื้อวัสดุทางการแพทย์หรือศัลยกรรมได้ นอกจากนี้ยังใช้เพื่อขับเคลื่อนยานยนต์ เช่น เรือดำน้ำปรมาณู
ข้อดีของพลังงานนิวเคลียร์
ข้อดีของพลังงานนิวเคลียร์คือ:
- มลพิษน้อย. ตราบใดที่ไม่มีอุบัติเหตุและกำจัดของเสียกัมมันตภาพรังสีอย่างเหมาะสม โรงไฟฟ้านิวเคลียร์จะปล่อยมลพิษต่อสิ่งแวดล้อมน้อยกว่าการเผาไหม้ พลังงานจากถ่านหิน.
- ปลอดภัย. ตราบใดที่ข้อกำหนดของ ความปลอดภัยพลังงานนิวเคลียร์สามารถเชื่อถือได้ สม่ำเสมอ และสะอาด
- มีประสิทธิภาพ. ปริมาณพลังงานที่ปล่อยออกมาจากปฏิกิริยานิวเคลียร์ประเภทนี้มีจำนวนมากเมื่อเทียบกับปริมาณของ วัตถุดิบ พวกเขาต้องการ
- อเนกประสงค์ การประยุกต์ใช้รังสีและพลังงานนิวเคลียร์ในรูปแบบอื่นๆ ในด้านต่างๆ ของความรู้ของมนุษย์ เช่น การแพทย์ มีความสำคัญ
ข้อเสียของพลังงานนิวเคลียร์
ข้อเสียของพลังงานนิวเคลียร์คือ:
- เสี่ยง ในกรณีเกิดอุบัติเหตุ เช่น ที่เกิดขึ้นกับเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์เชอร์โนบิลในสมัยก่อน สหภาพโซเวียตประชากรพลเรือนและแม้แต่ชีวิตสัตว์มีความเสี่ยงสูงต่อการปนเปื้อนกัมมันตภาพรังสี
- การกำจัด ผลพลอยได้ของกัมมันตภาพรังสีจากโรงไฟฟ้านิวเคลียร์นั้นจัดการได้ยากและบางชนิดก็มีครึ่งชีวิตที่ยาวมาก (เวลาที่อะตอมของกัมมันตภาพรังสีจะสลายตัว)
- เเพง การสร้างโรงไฟฟ้านิวเคลียร์และการใช้สิ่งนี้ เทคโนโลยี มันมักจะมีราคาแพงมาก
ลักษณะของพลังงานนิวเคลียร์
กล่าวอย่างกว้างๆ พลังงานนิวเคลียร์นั้นทรงพลัง มีประสิทธิภาพ เป็นความสำเร็จอย่างแท้จริงของความเชี่ยวชาญของมนุษย์เหนือฟิสิกส์ แต่ก็เป็นเทคโนโลยีที่เสี่ยงเช่นกัน: หลังจากเห็นภัยพิบัติที่เกิดจากระเบิดปรมาณูในฮิโรชิมาและนางาซากิหรืออุบัติเหตุเชอร์โนบิลในสหภาพโซเวียตเป็นที่ทราบกันดีอยู่แล้วว่าเทคโนโลยีประเภทนี้เป็นอันตรายต่อชีวิตบนโลกอย่างแท้จริง เช่น เรารู้
ตัวอย่างพลังงานนิวเคลียร์
ตัวอย่างที่สงบสุขของการใช้พลังงานนี้คือโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ เช่น โรงไฟฟ้าในอิกาตะ ในญี่ปุ่น ตัวอย่างของการใช้ในสงครามคือการทิ้งระเบิดของ เมือง ผู้หญิงญี่ปุ่นจากฮิโรชิมาและนางาซากิในปี 2488 ระหว่างสงครามโลกครั้งที่สอง