Atomda Depolanan Enerjinin Türü

Albert Einstein, Özel Görelilik Teorisi'nde kütle ve enerjinin eşdeğer olduğunu ve birbirine dönüştürülebileceğini söyledi. E = mc^2 ifadesinin geldiği yer burasıdır; burada E enerji, m kütle ve c ışık hızı anlamına gelir. Bu, bir atom içindeki kütlenin enerjiye dönüştürülebildiği nükleer enerjinin temelidir. Enerji ayrıca elektromanyetik kuvvet tarafından bir arada tutulan atom altı parçacıklar tarafından çekirdeğin dışında da bulunur.

Enerji, elektromanyetik kuvvet tarafından yerinde tutulan bir atomun elektron yörüngelerinde bulunabilir. Negatif yüklü elektronlar, pozitif yüklü bir çekirdeğin yörüngesinde döner ve ne kadar enerjiye sahip olduklarına bağlı olarak farklı yörünge seviyelerinde bulunurlar. Bazı atomlar enerjiyi emdiğinde, elektronlarının "uyarılmış" olduğu ve daha yüksek bir seviyeye sıçradığı söylenir. Elektronlar ilk enerji durumlarına geri düştüğünde, elektromanyetik radyasyon şeklinde, çoğunlukla görünür ışık veya ısı olarak enerji yayarlar. Ek olarak, kovalent bağ sürecinde elektronlar başka bir atomunkilerle paylaşıldığında, bağlar içinde enerji depolanır. Bu bağlar kırıldığında, çoğunlukla ısı şeklinde enerji açığa çıkar.

Bir atomda bulunabilecek enerjinin çoğu nükleer kütle biçimindedir. Bir atomun çekirdeği, güçlü nükleer kuvvet tarafından bir arada tutulan protonları ve nötronları içerir. Eğer bu kuvvet bozulursa, çekirdek parçalanacak ve kütlesinin bir kısmını enerji olarak serbest bırakacaktır. Bu fisyon olarak bilinir. Füzyon olarak bilinen başka bir süreç, iki çekirdek bir araya gelerek daha kararlı bir çekirdek oluşturduğunda gerçekleşir ve bu süreçte enerji açığa çıkar.

Peki bir atomun çekirdeğinde ne kadar enerji depolanır? Parçacığın gerçekte ne kadar küçük olduğuna kıyasla cevap oldukça fazla. Einstein'ın Özel Görelilik Teorisi, E = mc^2 denklemini içerir; bu, maddedeki enerjinin, kütlesinin ışık hızının karesiyle çarpımına eşdeğer olduğu anlamına gelir. Spesifik olarak, bir protonun kütlesi 1.672 x 10^-27 kilogramdır, ancak 1.505 x 10^-10 joule içerir. Bu hala küçük bir sayıdır, ancak gerçek dünya terimleriyle ifade edildiğinde devasa hale gelir. Örneğin bir litre sudaki az miktarda hidrojen yaklaşık 0.111 kilogramdır. Bu, 1 x 10^16 joule veya bir milyon galon benzin yakılarak üretilen enerjiye eşittir.

Kütlenin enerjiye dönüştürülmesi, nispeten küçük kütlelerden çok şaşırtıcı miktarda enerji sağladığından, bu cazip bir yakıt kaynağıdır. Bununla birlikte, reaksiyonun güvenli ve kontrollü koşullarda gerçekleşmesini sağlamak zor olabilir. Çoğu nükleer güç, uranyumun daha küçük parçacıklara bölünmesinden gelir. Bu kirliliğe neden olmaz, ancak tehlikeli radyoaktif atık üretir. Yine de nükleer enerji, ABD'nin enerji talebinin yüzde 20'sinden biraz daha azını oluşturuyor.