У својој Специјалној теорији релативности, Алберт Ајнштајн је рекао да су маса и енергија еквивалентни и да се могу претворити једна у другу. Отуда долази израз Е = мц ^ 2, у коме Е означава енергију, м означава масу, а ц означава брзину светлости. Ово је основа за нуклеарну енергију, у којој се маса унутар атома може претворити у енергију. Енергија се такође налази изван језгра помоћу субатомских честица које електромагнетна сила држи заједно.
Нивои електронске енергије
Енергија се може наћи у електронским орбиталама атома, које електромагнетна сила држи на месту. Негативно наелектрисани електрони круже око позитивно наелектрисаног језгра и у зависности од тога колико енергије поседују, налазе се у различитим орбиталним нивоима. Када неки атоми апсорбују енергију, каже се да су њихови електрони „побуђени“ и скоче на виши ниво. Када се електрони врате у почетно енергетско стање, емитоваће енергију у облику електромагнетног зрачења, најчешће као видљива светлост или топлота. Поред тога, када се електрони деле са електронима другог атома у процесу ковалентне везе, енергија се складишти унутар веза. Када се те везе прекину, енергија се потом ослобађа, најчешће у облику топлоте.
Нуклеарна енергија
Већина енергије која се може наћи у атому је у облику нуклеарне масе. Језгро атома садржи протоне и неутроне, које снажна нуклеарна сила држи заједно. Ако би се та сила прекинула, језгро би се распало и ослободило део своје масе као енергија. Ово је познато као фисија. Други процес, познат као фузија, одвија се када се два језгра окупе и формирају стабилније језгро, ослобађајући енергију у процесу.
Ајнштајнова теорија релативности
Дакле, колико је енергије ускладиштено у језгру атома? Одговор је поприличан, у поређењу са колико је честица заправо мала. Ајнштајнова посебна теорија релативности укључује једначину Е = мц ^ 2, што значи да је енергија у материји еквивалентна њеној маси помноженој са квадратом брзине светлости. Конкретно, маса протона је 1,672 к 10 ^ -27 килограма, али садржи 1,505 к 10 ^ -10 џула. То је још увек мали број, али када се изрази у стварном смислу, постаје огроман. На пример, мала количина водоника у литру воде износи око 0,111 килограма. То је еквивалентно 1 к 10 ^ 16 џула, или енергији произведеној сагоревањем милион галона бензина.
Нуклеарна енергија
Будући да претварање масе у енергију даје тако запањујућу количину енергије из релативно малих маса, ово је примамљив извор горива. Међутим, постизање реакције у сигурним и контролисаним условима може бити изазов. Већина нуклеарне енергије долази од цепања уранијума на мање честице. То не узрокује загађење, али ствара опасан радиоактивни отпад. Ипак, нуклеарна енергија чини нешто мање од 20 процената захтева Сједињених Држава за енергијом.