ატომში შენახული ენერგიის ტიპი

თავის ფარდობითობის სპეციალურ თეორიაში ალბერტ აინშტაინმა თქვა, რომ მასა და ენერგია ეკვივალენტურია და მათი ერთმანეთად გადაქცევა შეიძლება. აქედან მოდის გამოთქმა E = mc ^ 2, რომელშიც E დგას ენერგია, m ნიშნავს მასას და c ნიშნავს სინათლის სიჩქარეს. ეს არის ბირთვული ენერგიის საფუძველი, რომელშიც ატომის მასა შეიძლება გადაიქცეს ენერგიად. ენერგია აგრეთვე გვხვდება ბირთვის გარეთ, სუბატომური ნაწილაკების მიერ ელექტრომაგნიტური ძალის გამოყენებით.

ენერგია შეიძლება მოიძებნოს ატომის ელექტრონულ ორბიტალებში, რომელიც ელექტრომაგნიტური ძალის საშუალებით ინახება. უარყოფითად დამუხტული ელექტრონები დადებითად დამუხტულ ბირთვზე ტრიალებენ და დამოკიდებულია იმაზე, თუ რამდენ ენერგიას ფლობენ ისინი სხვადასხვა ორბიტალურ დონეზე. როდესაც ზოგიერთი ატომი შთანთქავს ენერგიას, ამბობენ, რომ მათი ელექტრონები "აღგზნებულნი" არიან და უფრო მაღალ დონეზე ხტებიან. როდესაც ელექტრონები დაუბრუნდებიან თავდაპირველ ენერგეტიკულ მდგომარეობას, ისინი გამოყოფენ ენერგიას ელექტრომაგნიტური გამოსხივების სახით, ყველაზე ხშირად როგორც ხილულ სინათლეს ან სითბოს. გარდა ამისა, როდესაც კოვალენტური შეერთების პროცესში ელექტრონები სხვა ატომს ეყოფა, ენერგია ინახება ობლიგაციებში. ამ ობლიგაციების მოშლის შემდეგ, ენერგია თავისუფლდება, ყველაზე ხშირად სითბოს სახით.

ენერგიის უმეტესი ნაწილი, რაც ატომში გვხვდება, ბირთვული მასის სახითაა. ატომის ბირთვი შეიცავს პროტონებსა და ნეიტრონებს, რომლებიც ერთმანეთთან იკავებს ძლიერ ბირთვულ ძალას. თუ ეს ძალა უნდა დაირღვეს, ბირთვი იშლება და მისი მასის ნაწილს ენერგიად გამოყოფს. ეს ცნობილია როგორც დაშლა. კიდევ ერთი პროცესი, ცნობილი როგორც შერწყმა, ხდება, როდესაც ორი ბირთვი გაერთიანდება და ქმნის უფრო სტაბილურ ბირთვს, პროცესში ენერგიას გამოყოფს.

რამდენი ენერგია ინახება ატომის ბირთვში? პასუხი საკმაოდ ბევრია, შედარებით რამდენად მცირეა სინამდვილეში ნაწილაკი. აინშტაინის ფარდობითობის სპეციალური თეორია მოიცავს განტოლებას E = mc ^ 2, რაც ნიშნავს, რომ მატერიის ენერგია უდრის მის მასას გამრავლებული სინათლის სიჩქარის კვადრატზე. კერძოდ, პროტონის მასა არის 1,672 x 10 ^ -27 კილოგრამი, მაგრამ ის შეიცავს 1,505 x 10 ^ -10 ჯოულს. ეს ჯერ კიდევ მცირეა, მაგრამ როდესაც ის რეალურ პირობებში გამოიხატება, ის უზარმაზარი ხდება. წყალბადის მცირე რაოდენობა, მაგალითად, ლიტრ წყალში არის დაახლოებით 0,111 კილოგრამი. ეს უდრის 1 x 10 ^ 16 ჯოულს, ან ენერგიას, რომელიც წარმოიქმნება მილიონი გალონი ბენზინის დაწვით.

იმის გამო, რომ მასის ენერგიად გადაქცევა უზრუნველყოფს შედარებით მცირე მასების ენერგიის ასეთ გასაოცარ რაოდენობას, ეს საწვავის მაცდური წყაროა. ამასთან, უსაფრთხო და კონტროლირებად პირობებში რეაქციის მიღება შეიძლება გამოწვევა იყოს. ბირთვული ენერგიის უმეტესობა მოდის ურანის უფრო მცირე ნაწილაკებად დაშლაზე. ეს არ იწვევს დაბინძურებას, მაგრამ ქმნის საშიშ რადიოაქტიურ ნარჩენებს. მიუხედავად ამისა, ბირთვული ენერგია შეადგენს შეერთებული შტატების ელექტროენერგიის მოთხოვნილებების 20 პროცენტზე ოდნავ ნაკლებს.