Vật lý cho trẻ em

Năng lượng hạt nhân và sự phân hạch

E = mc2

Khi nghiên cứu thuyết tương đối của mình, Albert Einstein khám phá ra công thức toán học E = mc2. Công thức này đã chứng minh rằng vật chất có thể được chuyển đổi thành năng lượng. Mặc dù điều này nghe có vẻ là một khái niệm đơn giản, nhưng nó đã chứng minh rằng một lượng lớn năng lượng có thể được tạo ra từ một lượng vật chất rất nhỏ. Điều này có thể được thực hiện bằng cách tách một nguyên tử trong một quá trình gọi là phân hạch hạt nhân.

Phân hạch hạt nhân

Phân hạch hạt nhân là quá trình phân tách một nguyên tử lớn thành hai hoặc nhiều hơn nguyên tử nhỏ hơn. Khi một nguyên tử bị phân tách, một lượng lớn năng lượng được giải phóng. Khi năng lượng được giải phóng một cách chậm rãi có kiểm soát, nó có thể được sử dụng để tạo ra điện cung cấp năng lượng cho ngôi nhà của chúng ta. Khi năng lượng được giải phóng đồng thời, phản ứng dây chuyền xảy ra gây ra vụ nổ hạt nhân.

Phản ứng phân hạch hạt nhân

Nguồn: US NRC

Nhà máy điện hạt nhân

Một trong những ứng dụng chính của phản ứng phân hạch hạt nhân là điện hạt nhân. Các nhà máy điện hạt nhân sử dụng phản ứng phân hạch hạt nhân để tạo ra nhiệt. Họ sử dụng nhiệt này để tạo ra hơi nước từ nước, do đó cung cấp năng lượngmáy phát điện.

Khoảng 20% ​​điện năng ở Hoa Kỳ được tạo ra bởi các nhà máy điện hạt nhân. Có 104 tổ máy phát điện hạt nhân thương mại ở Hoa Kỳ

Các nhà máy điện hạt nhân sử dụng nguyên tố uranium làm nhiên liệu. Các thanh uranium điều khiển được sử dụng để đảm bảo rằng phản ứng dây chuyền phân tách các nguyên tử diễn ra với tốc độ được kiểm soát.

Nhà máy điện hạt nhân TVA Watts Bar

Nguồn: US DOE

Chất thải phóng xạ

Một trong những sản phẩm phụ của năng lượng hạt nhân là chất thải phóng xạ. Đây là vật liệu còn sót lại từ phản ứng hạt nhân. Chất phóng xạ có thể gây nguy hiểm cho con người và đời sống động vật.

Các ứng dụng khác của năng lượng hạt nhân

Năng lượng hạt nhân còn có các ứng dụng khác ngoài nhà máy điện. Một ứng dụng là động cơ đẩy hạt nhân trong tàu thủy và tàu ngầm. Tàu ngầm chạy bằng năng lượng hạt nhân có thể ở dưới nước và di chuyển với tốc độ cao trong thời gian dài. Năng lượng hạt nhân cũng đã được sử dụng trong tàu hải quân, tàu dùng để phá băng ở vùng biển cực và tàu vũ trụ.

Các tàu này của Hải quân Hoa Kỳ đều chạy bằng năng lượng hạt nhân

Nguồn: Hải quân Hoa Kỳ

Nhiệt hạch hạt nhân

Một dạng năng lượng hạt nhân khác là nhiệt hạch hạt nhân. Sự hợp nhất xảy ra khi hai hoặc nhiều nguyên tử được liên kết với nhau để tạo ra một nguyên tử lớn hơn. Các ngôi sao có được sức mạnh từ phản ứng tổng hợp hạt nhân. Sâu bên trong một ngôi sao, các nguyên tử hydro liên tục được chuyển đổi bằng phản ứng tổng hợpthành nguyên tử heli. Chính quá trình này tạo ra năng lượng ánh sáng và nhiệt tỏa ra từ các ngôi sao, bao gồm cả Mặt trời.

Các nhà khoa học chưa tìm ra cách kiểm soát phản ứng tổng hợp để tạo ra năng lượng có thể sử dụng được. Nếu họ có thể làm được thì đó sẽ là một tin tuyệt vời vì phản ứng tổng hợp tạo ra ít chất phóng xạ hơn và sẽ cung cấp cho chúng ta nguồn năng lượng hầu như không giới hạn.

Những sự thật thú vị về năng lượng hạt nhân và phản ứng phân hạch

• Ba tiểu bang hàng đầu về sản xuất năng lượng hạt nhân là Illinois, Pennsylvania và Nam Carolina.
• Hoa Kỳ tạo ra nhiều năng lượng hạt nhân hơn bất kỳ quốc gia nào khác.
• Trong lịch sử năng lượng hạt nhân đã có ba thảm họa nhà máy điện hạt nhân lớn bao gồm Chernobyl (Ukraine), Three Mile Island (Hoa Kỳ) và Fukushima Daiichi (Nhật Bản).
• Tàu ngầm chạy bằng năng lượng hạt nhân đầu tiên là U.S.S. Nautilus đã ra khơi vào năm 1954.
• Một viên uranium có thể tạo ra lượng năng lượng tương đương với khoảng 1.000 kg than đá.
• "Khói" mà bạn nhìn thấy phát ra từ một nhà máy điện hạt nhân không phải là ô nhiễm, mà là hơi nước.

Làm bài kiểm tra mười câu hỏi về trang này.

Chủ đề Vật lý hạt nhân và Thuyết tương đối

Nguyên tử

Các nguyên tố

Bảng tuần hoàn

Phóng xạ

Thuyết tương đối

Thuyết tương đối - Ánh sáng và Thời gian

Hạt cơ bản - Quark

Năng lượng hạt nhân và sự phân hạch

Khoa học>> Vật lý cho trẻ em