원자력이 무엇이고, 어떻게 얻어지는지 설명합니다. 또한 그 용도, 장점, 단점 및 몇 가지 예를 설명합니다.
원자력은 전반적으로 안전하고 매우 효율적이며 다재다능합니다.
원자력에너지란 무엇인가?
원자력 또는 원자력은 원자핵에서 또는 그 사이에서 일어나는 반응의 결과 입니다 . 즉, 핵반응에서 방출되는 에너지입니다. 이러한 반응은 자발적으로 또는 인위적으로 발생할 수 있습니다.
핵반응은 원자핵 과 아 원자 입자를 결합하거나 단편화하는 과정이다 . 원자핵은 결합되거나 조각나고 , 그 과정에서 많은 양의 에너지를 방출하거나 흡수할 수 있습니다. 핵이 조각나는 과정을 핵분열이라고 하고, 핵이 결합하는 과정을 핵융합이라고 합니다.
핵분열은 무거운 원자핵이 여러 개의 가벼운 핵으로 조각화될 때 발생하며 자유 중성자, 광자 및 핵 조각을 생성할 수도 있습니다. 핵융합은 비슷한 전하를 가진 여러 개의 원자핵이 결합하여 더 큰 무게의 새로운 핵을 형성할 때 발생합니다. 이러한 반응은 우라늄(U)이나 수소(H)와 같은 화학 원소 의 특정 동위원소 원자핵에서 발생합니다 .
핵반응에 관련된 많은 양의 에너지는 근본적으로 반응 입자의 질량 중 일부가 에너지로 직접 변환된다는 사실에 기인합니다 . 이 과정은 독일 물리학자 알베르트 아인슈타인(Albert Einstein)이 자신의 방정식을 통해 주장했습니다.
E = m²
어디:
- E : 에너지
- m : 질량
- c : 빛의 속도
보시다시피, 아인슈타인이 제안한 방정식은 질량과 에너지를 관련시킵니다.
핵 반응에서 방출된 에너지는 열핵 발전소, 핵 의학, 산업, 광업, 고고학 및 기타 여러 응용 분야 에서 전기를 생산하는 데 사용될 수 있습니다 .
주요 용도는 전기 에너지 의 생성입니다 . 여기서 원자력은 대량의 물을 가열하거나 가스를 생성하는 데 사용되며 , 그 열 에너지 는 전기 를 생산하는 대형 터빈을 움직이는 데 사용됩니다.
원자력 에너지의 통제된 사용은 유익한 목적으로 사용됩니다. 이는 매우 중요한 에너지원이지만 불행하게도 대량살상 핵무기 생산을 위한 전쟁 목적으로도 사용됩니다 .
참조: 대체 에너지
원자력은 어떻게 얻나요?
핵반응은 극도로 불안정한 원자를 과소생산합니다.
원자력은 특정 화학 원소의 특정 원자핵에서 핵반응의 결과로 얻어집니다. 원자력을 얻기 위한 가장 중요한 과정 중 일부는 우라늄(U) 원소의 우라늄-235 동위원소( 235 U)의 핵분열 과 수소 원소의 중수소-삼중수소 동위원소( 2H – 3H )의 융합입니다. (H)., 비록 원자력 에너지는 동위원소인 토륨-232( 232Th ), 플루토늄-239( 239Pu ), 스트론튬-90( 90Sr ) 또는 폴로늄-210( 210Po )의 핵 반응으로부터 얻을 수도 있습니다.
우라늄-235( 235U ) 의 핵분열은 발열 반응입니다 . 즉, 많은 에너지를 방출합니다. 방출된 에너지는 반응이 일어나는 매체(예: 물)를 가열합니다.
핵분열이 일어나기 위해 235 U 동위원소는 속도 가 고도로 제어되는 유리 중성자 ( 양성자 , 다른 핵 또는 감마선 으로도 충격을 받을 수 있음 )로 충격을 받습니다. 이러한 방식으로 자유 중성자는 핵에 흡수되어 불안정화 및 분열을 일으키고 다른 작은 핵, 자유 중성자, 기타 아원자 입자 및 많은 양의 에너지를 생성할 수 있습니다. 중성자의 속도를 제어하는 것이 중요합니다. 중성자의 속도가 너무 높으면 핵과 충돌하거나 통과할 수 있고 흡수되어 핵분열을 일으키지 않기 때문입니다.
핵분열은 자유 중성자와 기타 입자를 생성합니다.
핵분열의 결과로 생성된 입자는 다시 이웃한 다른 핵에 흡수될 수 있으며, 이 역시 핵분열을 일으키고, 이 다른 핵분열의 결과로 생성된 입자는 다시 다른 핵에 흡수될 수 있습니다. , 등등, 연쇄 반응이라고 알려진 것을 생성합니다.
위에서 언급한 것처럼 제어된 핵 연쇄 반응에는 많은 유익한 응용이 있습니다 . 그러나 연쇄반응이 통제되지 않으면 핵분열할 물질이 더 이상 남지 않을 때까지 계속되며, 이는 짧은 시간에 발생합니다. 이러한 통제되지 않은 과정은 제2차 세계대전 당시 미국이 일본에 투하한 원자폭탄의 작동 원리입니다 .
반면, 중수소-삼중수소 쌍( 2H – 3H )의 융합은 현존하는 핵융합 과정 중 가장 간단한 과정이다 . 이러한 융합이 일어나기 위해서는 두 개의 양성자를 더 가깝게 가져와(하나는 2H 에서 , 다른 하나는 3H 에서 ) 강한 핵 상호작용력(핵자를 결합하는 힘, 즉 양성자와 중성자)이 필요합니다 . 양성자 사이의 반발력을 극복해야 합니다. 왜냐하면 동일한 전하를 갖고 있기 때문입니다. 양성자는 양전하를 갖고 있으므로 서로 밀어내는 경향이 있으므로 정전기적 상호작용력을 극복해야 합니다. 이를 달성하기 위해 특정 압력과 감압은 물론 온도도 적용됩니다.매우 구체적입니다. 이 융합 과정은 4개의 He 핵, 중성자 및 많은 양의 에너지를 생성합니다.
핵반응은 불안정한 원자를 생성합니다.
핵융합은 태양과 같은 별 에서 자발적으로 발생하는 과정 이지만 인공적으로 발생하기도 합니다.
일반적으로 핵반응은 불안정한 원자를 생성하며 , 이를 안정화하기 위해 일정 시간 동안 환경 에 과도한 에너지를 방출합니다. 이렇게 방출된 에너지를 이온화 방사선이라고 하며, 주변의 물질을 이온화할 만큼 충분한 에너지를 갖고 있으므로 모든 형태의 생명체에게 극도로 위험한 방사선입니다.
참조: 화학 원소
원자력은 무엇을 위한 에너지인가요?
원자력 에너지의 평화적 사용은 전기 생산(이미 오늘날의 산업화된 세계에서 매우 중요함)뿐만 아니라 사용 가능하고 감소 가능한 열 에너지 또는 기계 에너지 의 생산, 심지어 전리 방사선의 형태까지 다양합니다 . 의료용 또는 수술용 재료를 소독하는 데 사용할 수 있는 것입니다. 또한 원자 잠수함과 같은 차량을 추진하는 데에도 사용됩니다 .
원자력의 장점
원자력 에너지의 장점은 다음과 같습니다.
- 오염이 거의 없습니다. 사고가 없고 방사성폐기물을 적절하게 처리하기만 하면 원자력발전소는 화석연료를 태우는 것보다 환경을 덜 오염시킨다 .
- 안전한. 안전 요구 사항이 충족되는 한 원자력 에너지는 신뢰할 수 있고 지속적이고 깨끗할 수 있습니다.
- 효율적인. 이러한 유형의 핵반응을 통해 방출되는 에너지의 양은 필요한 원자재 의 양에 비해 엄청납니다 .
- 변하기 쉬운. 의학과 같은 인간 지식의 다양한 분야에서 방사선 및 기타 형태의 원자력 에너지를 적용하는 것은 중요합니다.
원자력의 단점
원자력은 민간인은 물론 동물에게도 위험합니다.
원자력 에너지의 단점은 다음과 같습니다.
- 위험한. 구소련 의 체르노빌 원자로 사고와 같은 사고가 발생하면 민간인은 물론 심지어 동물의 생명까지 방사능 오염 위험이 높습니다.
- 처분. 원자력 발전소의 방사성 부산물은 취급이 어렵고 일부는 반감기(방사성 원자가 붕괴하는 데 걸리는 시간)가 매우 깁니다.
- 값비싼. 원자력 발전소를 건설하고 이 기술을 사용하는 데는 일반적으로 매우 많은 비용이 듭니다.
원자력의 특성
광범위하게 말하면, 원자력 에너지 는 강력하고 효율적이며 인간이 물리학을 지배함으로써 달성한 진정한 성과입니다 . 그러나 이는 위험한 기술이기도 하다: 히로시마와 나가사키의 원자폭탄으로 인한 재난이나 소련의 체르노빌 사고를 본 후 이러한 유형의 기술은 지구상의 생명에 대한 실질적인 위험을 의미한다는 것이 알려졌습니다. 우리는 그것을 알고 있습니다.
원자력 에너지의 예
이 에너지를 평화적으로 사용하는 사례는 일본의 Ikata와 같은 원자력 발전소 입니다 . 전쟁 사용의 예로 는 2차 세계 대전 중 1945년 일본의 히로시마와 나가사키 도시 에 대한 폭격이 있었습니다 .
