Aatomienergial on lubadus vähendada globaalseid kliimamuutusi põhjustavaid kasvuhoonegaaside heitkoguseid, kuna tuumajaamad ei põleta kütust ega tekita heitmeid. Kuigi tehnoloogia on olnud kasutusel juba aastakümneid, on vähe aru, kuidas aatomienergiat tegelikult toodetakse ja inimkonna hüvanguks kasutatakse. Suures osas jääb see protsess saladuseks, sest tuuma lõhustumise üle arutlemine nõuab arusaamist sellistest asjadest nagu aatomi struktuur, lõhustuvad materjalid ja vabanenud jõu kasutamiseks kasutatavad keerulised rajatised.
1
Kujutage ette elektronide pilve. Elektronipilv moodustab suurema osa aatomi mahust. See on piirkond, kust leiate tõenäoliselt ümber tuuma tiirlevaid negatiivselt laetud elektrone. Siiski on oluline mõista, et vaatamata suurele mahuprotsendile, mille elektronpilv moodustab, on selle mass nii väike, et see on tühine.
2
Tutvuge aatomi keskpunktiga. Aatomi keskpunkti tuntakse tuumana. See on koht, kus aatomi mass koondub. Tuum sisaldab positiivselt laetud prootoneid ja neutraalseid osakesi, mida nimetatakse neutroniteks. See mass on väga kompaktne ja võtab aatomis väga vähe ruumi.
3
Mõistke mängivaid jõude. Kuna kõik prootonid on positiivselt laetud, tõrjuvad nad üksteist. Need tugevad tõukejõud rebiksid tuuma laiali, kuid neid võidab jõud, mida nimetatakse tugevaks tuumajõuks. Tugev tuumajõud hoiab tuuma koos vaatamata prootonite tõukejõududele. Tuumaenergia tootmiseks tuleb tugevast tuumajõust üle saada. Alles siis vabaneb tuumas salvestatud energia soojusena, mida saab muundada elektriks. Tavaliselt on aatomi tuum väga stabiilne ja suudab ellu jääda sellistes tingimustes nagu keemilised reaktsioonid ja keemilised muundumised. See kehtib kõigi perioodilisuse tabeli aatomite kohta, välja arvatud f-ploki rühm, mida nimetatakse aatomite aktiniidide rühmaks. See aatomirühm on tavaliselt väga ebastabiilne ja läbib koheselt radioaktiivse lagunemise, et saada suhteliselt stabiilsemad aatomid koos tuumaenergia vabanemisega, mis avaldub soojuse ja gammakiirgusena.
4
Saate aru, kuidas tuum laguneb. Radioaktiivsetest aatomitest aatomienergia genereerimiseks kasutatav meetod on tuuma destabiliseerimine. Seda tehakse suure energiaga neutronite abil, mida kasutatakse raske aatomi tuumade pommitamiseks. Aatomi tuum laguneb ja vabastab talletatud tuumaenergia soojuse kujul, mida saab muundada elektriks. Seda nimetatakse nn. lõhustumise protsess. Aatom vabastab oma energia, kuna ta ei vaja tuuma koos hoidmiseks nii palju energiat, kuna see sisaldab nüüd väiksemat nukleosiidi. Nukliide nimetatakse isotoopideks, mis on elemendi variant, millel on sama arv prootoneid, kuid erinev hulk neutroneid. Seega ajendas energia genereerimise tõuge teadlased uurima meetodeid radioaktiivsete aatomite tuumade destabiliseerimiseks, et seda esile kutsuda. radioaktiivselt lagunema, eraldudes suurel hulgal energiat, mida saab kasutada elektri tootmiseks.
5
Valige aktiniidide rühmast aatomid. See rühm sisaldab selliseid elemente nagu uraan ja plutoonium. Selleks võib kasutada ka teisi aatomeid, kuid takistuseks võib saada teiste aktiniidide hind ja saadavus. Aktiniididel on suur hulk prootoneid ja neutroneid, mis muudab need tuuma lõhustamiseks sobivamaks. Lõhustumine on protsess, mille käigus suured aatomid lagunevad väiksemateks aatomiteks, vabastades tuumaenergia.
6
Pommitage aatomit osakestega. Kõige sagedamini kasutaksite neutroneid. Negatiivselt laetud osakesed tõrjuvad aatomit ümbritsev elektronpilv ja positiivselt laetud aatomid tõrjuvad tuumas elektrostaatilised jõud. Neutronid väldivad neid interaktsioone ja jõuavad tuumani kergemini, kui neil on piisavalt energiat, et alustada lõhustumist. Osakesed lükatakse aatomite poole teatud tüüpi osakeste kiirendamise tehnoloogiaga, näiteks neutronipüstoliga. Neutronidel puudub netolaeng. Need on neutraalsed osakesed.
7
Õppige, kuidas aatomienergia muudetakse elektriks. Aatomi poolitamine ei too kaasa hetkelist elektrit. Tegelikult tekitab see enamasti palju soojust. Kasutatava (elektri)energia loomiseks kasutame seda soojust suures koguses vee keetmiseks turbiinide pööramiseks. Seejärel suunatakse vesi taaskasutusse ja pumbatakse tagasi aurugeneraatorisse. Järve või muu lähedalasuva allika vett kasutatakse selleks, et hoida generaatorit sulamise vältimiseks piisavalt jahedana, ning aur tekitas tuumajaamadega seotud suurte tornide lehti. Lisaks saate aatomienergia muundamiseks kasutada survestatud veereaktorit. elektrisse. Reaktoris soojendatakse vett lõhustumise teel, kuid rõhu all olev reaktor hoiab ära keemise. See vabastab aga auru, mida generaator saab kasutada turbiingeneraatori toiteks. Kasutamata aur ringleb tagasi läbi reaktori. Reaktoris toodetud elektrienergiat saab transportida kasutamiseks trafosse. Lisaks proovige tutvuda erinevate ehituskonstruktsioonidena kasutatavate mudelitüüpidega ja saada teada, millist mõju avaldavad erinevad stiilid elektritootmisprotsessile.
8
Uurige kontrollimehhanisme. Tuumareaktsioonide kasutamine reaktoris energia tootmiseks peab olema kontrollitav protsess. Lõhustumise kiirust tuleb kogu aeg tähelepanelikult jälgida. Tavaliselt saavutatakse see neutronosakeste juhtimisel läbi keskkonna, näiteks raske vee. Raske vesi aeglustab neutroneid, nii et neil ei ole piisavalt kiirust, et käivitada tuuma kontrollimatu lõhustumisprotsess. Kontrollimatu tuuma lõhustumine on aatomipommi funktsiooni, mitte tuumaenergia tootmise põhimõte. Raske vesi on termin keemiline ühend D2O. See ühend saadakse vees oleva vesiniku asendamisel deuteeriumiga (vesiniku isotoop, mis sisaldab neutronit). Raske vesi võib mõnikord laguneda kõrge energiaga neutronite mõjul. Teised ühendid, mida kasutatakse neutronite kiiruse aeglustamiseks, hõlmavad süsinikuaatomite grafiitvormi.
9
Vaadake Internetis aatomienergia tootjate veebisaite. Vaadake nende energiat tootvate struktuuride diagramme ja fotosid. Need fotod annavad teile hea ettekujutuse nende välimusest ja toimimisest. Erinevatel tehastel on tuumareaktsioonis vabaneva aatomienergia kasutamiseks veidi erinev konstruktsioon ja tehnoloogia.