- מהי האנרגיה הגרעינית?
- כיצד מתקבלת אנרגיה גרעינית?
- לשם מה נועדה אנרגיה גרעינית?
- יתרונות האנרגיה הגרעינית
- חסרונות של אנרגיה גרעינית
- מאפיינים של אנרגיה גרעינית
- דוגמאות לאנרגיה גרעינית
אנו מסבירים מהי אנרגיה גרעינית וכיצד היא מתקבלת. כמו כן, למה זה מיועד, יתרונות, חסרונות וכמה דוגמאות.
אנרגיה אטומית בטוחה, די יעילה ותכליתית.מהי האנרגיה הגרעינית?
אנרגיה גרעינית או אנרגיה אטומית היא תוצאה של התגובות המתרחשות בגרעיני האטום או ביניהם, כלומר היא האנרגיה המשתחררת בתגובות גרעיניות. תגובות אלו יכולות להתרחש באופן ספונטני או מלאכותי.
תגובות גרעיניות הן תהליכים של שילוב או פיצול של הגרעינים של אטומים י חלקיקים תת - אטומיים. גרעיני אטום יכולים לשלב או לקטוע, לשחרר או לספוג כמויות גדולות של אנרגיה בתהליך. כאשר גרעינים מתפצלים, התהליך מכונה ביקוע גרעיני, וכאשר הם משלבים זה נקרא היתוך גרעיני.
ביקוע גרעיני מתרחש כאשר גרעין אטום כבד מפוצל למספר גרעינים קטנים יותר מִשׁקָל, מסוגל לייצר גם נויטרונים חופשיים, פוטונים ושברים של הגרעין. היתוך גרעיני מתרחש כאשר מספר גרעיני אטום בעלי מטענים דומים מתאחדים ויוצרים גרעין חדש וכבד יותר. תגובות אלו מתרחשות בגרעיני האטומים של איזוטופים מסוימים של יסודות כימיים כמו אורניום (U) או מימן (H).
כמות האנרגיה הגדולה הכרוכה בתגובות גרעיניות נובעת ביסודה מהעובדה שחלק מהמסה של החלקיקים המגיבים הופך לאנרגיה ישירות. תהליך זה נטען על ידי הפיזיקאי הגרמני אלברט איינשטיין באמצעות הצגת המשוואה שלו:
E = mc²
איפה:
- ו: אֵנֶרְגִיָה
- M: מסה
- ג: מהירות האור
כפי שאתה יכול לראות, המשוואה שהציע איינשטיין מתייחסת למסה ואנרגיה.
האנרגיה המשתחררת בתגובות גרעיניות יכולה לשמש לייצור חַשְׁמַל בתחנות כוח תרמו-גרעיניות, ברפואה גרעינית, בתעשייה, בכרייה, ב אַרכֵיאוֹלוֹגִיָה ובאפליקציות רבות אחרות.
השימוש העיקרי שלו הוא בדור של כוח חשמלי, שבו אנרגיה גרעינית משמשת לחימום גדול כרכים מ מים או ליצור גזים, של מי אנרגיה קלורית לאחר מכן הוא משמש להנעת טורבינות גדולות המייצרות חשמל.
השימוש המבוקר באנרגיה גרעינית משמש למטרות צדקה. זהו מקור אנרגיה חשוב מאוד אך גם, למרבה הצער, הוא משמש למטרות צבאיות לייצור נשק גרעיני להשמדה המונית.
כיצד מתקבלת אנרגיה גרעינית?
אנרגיה גרעינית מתקבלת כתוצאה מהתגובה הגרעינית בגרעיני אטום מסוימים של יסודות כימיים מסוימים. כמה מהתהליכים החשובים ביותר להשגת אנרגיה גרעינית הם ביקוע האיזוטוף אורניום-235 (235U) של היסוד אורניום (U) והיתוך האיזוטופים דאוטריום-טריטיום (2H-3H) של היסוד מימן (H) , אם כי גם אנרגיה גרעינית יכולה להתקבל מתגובות גרעיניות באיזוטופים תוריום-232 (232Th), פלוטוניום-239 (239Pu), סטרונציום-90 (90Sr) או פולוניום-210 (210Po).
הביקוע של אורניום-235 (235U) הוא תגובה אקסותרמית, כלומר, הוא משחרר הרבה אנרגיה. האנרגיה המשתחררת מחממת את המדיום שבו מתרחשת התגובה, שיכול להיות מים, למשל.
כדי להתרחש ביקוע, האיזוטופ 235U מופגז נויטרונים חינם (אם כי ניתן גם להפציץ בו פרוטונים, גרעינים אחרים או קרני גמא) שמהירותם מבוקרת מאוד. בדרך זו, נויטרון חופשי יכול להיספג בגרעין, ולגרום לו להתערער ולהתפרק, וליצור גרעינים קטנים יותר, נויטרונים חופשיים, חלקיקים תת-אטומיים אחרים וכמויות גדולות של אנרגיה. חשוב לשלוט במהירות הנייטרונים מכיוון שאם היא גבוהה מאוד הם יכולים פשוט להתנגש או לעבור דרך הגרעין, והם לא ייספגו כדי לייצר ביקוע.
החלקיקים הנוצרים כתוצאה מביקוע של גרעין, יכולים בתורם להיספג על ידי גרעינים שכנים אחרים, שיהיו גם ביקוע, והחלקיקים שנוצרים כתוצאה מביקוע אחר זה, עלולים, שוב, להיספג על ידי גרעינים אחרים, וכן הלאה, מייצרים את מה שמכונה: תגובת שרשרת.
לתגובות שרשרת גרעיניות מבוקרות יש יישומים מועילים רבים, כפי שהוזכר לעיל. עם זאת, כאשר תגובת השרשרת אינה מבוקרת, היא נמשכת עד שאין יותר חומר לביקוע, המתרחש תוך זמן קצר. תהליך בלתי מבוקר זה הוא תחילת פעולתן של פצצות האטום שהטילה ארצות הברית על יפן מלחמת העולם השנייה.
מצד שני, ההיתוך של צמד הדוטריום-טריטיום (2H-3H) הוא תהליך ההיתוך הגרעיני הפשוט ביותר שקיים. כדי שהמיזוג הזה יתרחש, יש צורך לקרב שני פרוטונים זה לזה (אחד מ-2H והשני מ-3H) כך שכוחות האינטראקציה הגרעינית החזקה (כוחות המאחדים נוקלונים, כלומר פרוטונים וניוטרונים, ואשר חייבים להתגבר עליהם כוח הדחייה בין פרוטונים, מכיוון שיש להם אותו מטען) עולה על כוחות האינטראקציה האלקטרוסטטית, מכיוון שלפרוטונים יש מטען חיובי, ולכן הם נוטים להדוף אחד את השני. כדי להשיג זאת, מופעלים לחצים מסוימים ופירוק לחץ, כמו גם טמפרטורות מאוד ספציפי. תהליך היתוך זה מייצר גרעין 4He, נויטרון וכמות גדולה של אנרגיה.
היתוך גרעיני הוא תהליך המתרחש באופן ספונטני ב כוכבים, למשל, השמש, אך גם נוצרה באופן מלאכותי.
באופן כללי, תגובות גרעיניות מייצרות אטומים לא יציבים, שכדי לייצב את עצמם, פולטים עודף אנרגיה ל סביבה לזמן מוגדר. האנרגיה הנפלטת הזו נקראת קרינה מייננת, שיש לה מספיק אנרגיה כדי ליינן את חוֹמֶר סביבו, וזו הסיבה שקרינה מסוכנת ביותר לכל צורות החיים.
לשם מה נועדה אנרגיה גרעינית?
השימושים השלווים באנרגיה גרעינית הם רבים, לא רק לייצור חשמל (שכבר יש לו חשיבות עצומה בעולם המתועש של היום), אלא גם להפקת אנרגיית חום שמישה ונשלפת, או של אנרגיה מכנית, ואפילו צורות של קרינה מייננת שניתן להשתמש בהן לעיקור חומר רפואי או כירורגי. הוא משמש גם להנעת כלי רכב, כגון צוללות אטומיות.
יתרונות האנרגיה הגרעינית
היתרונות של אנרגיה גרעינית הם:
- מעט מזהם. כל עוד אין תאונות ופסולת רדיואקטיבית מסולקת כהלכה, תחנות כוח גרעיניות מזהמות את הסביבה פחות משריפה דלקים מאובנים.
- בטוח. כל עוד הדרישות של בִּטָחוֹן, כוח גרעיני יכול להיות אמין, עקבי ונקי.
- יָעִיל. כמויות האנרגיה המשתחררות על ידי סוגים אלה של תגובות גרעיניות הן מסיביות בהשוואה לכמות של חומר גולמי הם דורשים.
- מגוון. יישום קרינה וצורות אחרות של אנרגיה גרעינית בתחומי ידע אנושי שונים, כגון רפואה, חשובים.
חסרונות של אנרגיה גרעינית
החסרונות של כוח גרעיני הם:
- מְסוּכָּן במקרים של תאונות, כמו זו שאירעה עם הכור הגרעיני בצ'רנוביל בעבר ברית המועצות, האוכלוסייה האזרחית ואפילו חיי בעלי חיים נמצאים בסיכון גבוה לזיהום רדיואקטיבי.
- רְשׁוּת. תוצרי לוואי רדיואקטיביים מתחנות כוח גרעיניות קשים לטיפול ולחלקם זמן מחצית חיים ארוך מאוד (הזמן שלוקח לאטום רדיואקטיבי להתפרק).
- יָקָר יצירת תחנות כוח גרעיניות והשימוש בכך טֶכנוֹלוֹגִיָה זה בדרך כלל מאוד יקר.
מאפיינים של אנרגיה גרעינית
בגדול, אנרגיה גרעינית היא חזקה, יעילה, הישג אמיתי של שליטה אנושית בפיזיקה. עם זאת, זוהי גם טכנולוגיה מסוכנת: לאחר שראינו את האסונות שנגרמו על ידי פצצות האטום בהירושימה ונגסקי, או תאונת צ'רנוביל בברית המועצות, ידוע שסוג זה של טכנולוגיה מהווה סכנה ממשית לחיים על פני כדור הארץ. אנחנו יודעים את זה.
דוגמאות לאנרגיה גרעינית
דוגמה שלווה לשימוש באנרגיה זו היא כל תחנת כוח גרעינית, כמו זו באיקאטה, ביפן. דוגמה לשימוש המלחמתי שלו הייתה הפצצת ה- ערים נשים יפניות מהירושימה ונגסאקי ב-1945 במהלך מלחמת העולם השנייה.