Energia nucleara
In
Chicago,S.U.A., o echipa condusa de profesorul italian Enrico Fermi a reusit sa
prima reactie nucleara controlata.Era in anul 1942 si aceasta a dus la
realizarea bombei atomice.Ceea ce au reusit oamenii de stiinta se numeste
“scindarea atomului”.Dar,pentru a fi mai precisi ,ei au gasit o cale de a
scinda nucleul-masa de protoni si neutroni din centrul unui atom.In acest
proces se distruge o cantite mica de materie .Dar,asa cum prezise fizician
Albert Einstein ,in locul ei era eliberata o cantitate mare de energie –sub
forma de caldura.In cazul bombei atomice,procesul are loc foarte rapid,avand ca
rezultat o explozie brusca si devastaoare de energie.In centralele nucleare are
loc aceeasi reactie,darl a o rata mai lenta si controlata
Fisiunea
nucleara
Scindarea
nucleului unui atom se numeste fisiune nucleara.Aceasta este
provoaca prin bombardarea
combustibilului cu neutroni.Un neutron loveste un nucleu provocand scindarea
acestuia si sa emita ma imulti neutroni. Acestia lovesc alte nuclee ,provocand
alte scindari si eliberand alti neutroni.Aceata succesiune se numeste reactie
in lant.In cazul unei bombei atomice ,reactiei inlant I se permite sa contoinue
necontrolataa.Acesta este motivul pentru care energia eliberata in timpul
procedului de fisiune se acumuleaza pentru a provoca o explozie violenta.La un
reactornuclear,barele
de reglare metalice absorb op arte din neutroni ,incetinind reactia si rata la
care se elibereaza energie.
Materiale
fisionabile
Numai cateva elemente pot fi utilizate
drept combustibli nucleari deoarece ,pentru a intra intr-o reactie de fisiune
in lant ,atomiitrbuie sa aiba nuclee relativ mari si instabile .Asemenea elemente sunt cunoscute sub numele de
materiale fisionabile.Unul dintre dintre cele mai larg folosite la centralele
nucleare este uraniul-235,care are 92 de protoni si 143 de neutroni in nucleul
sau.Fisiune nucleara a unei mase de uraniu produce o energie de 2 milioane de
ori mai mare decat cea obtinuta prin arderea unei mase de carbune de aceeasi
greutate.
Chiar si n aczul unui material
fisionabil adecvat ,o reactie in lant va inceta daca este prezenta doar o
cantitate mica de material.Numai daca masa depaseste o anumita valoare ,numita
masa critica ,reactia in lant se va autointretine.De exemplu ,in cazul
uraniului-235 masa critica este de 50 kg.
Pentru bonbele atomice se folosesc
explozivi abisnuiti pentru a presa 2
bucati de naterial fisionabil ,fiecare
sub masa critica.Masa totala este mai mare decat masa critica ,astfel incat o
reactie in lant se creeaza repede provoaca o explozie nucleara.
Reactorul nuclear al lui Enrico Fermi
consta dintr-o masa de grafit si obare de combustibil de uraniu.S-a mai
adugat grafit si uraniu pana cand cantitatea de uraniu prezenta afost
suficienta pentru a intretine o reactie in lant.Grafitul avea rolul uni
moderator –un material care incetineste neutronii pentru a-i face mai eficienti
in provoacarea fisiunii.Pe masura ce neutronii se lovesc de nucleele
moderatorului ,pierd energie si se incetinesc ,asa cum o bila de biliard se
incetineste daca loveste alta.
Asemenea neutroni sunt cunoscuti sub
numeele de neutroni termici,deoareca cand sunt incetiniti,ei au aproximativ
aceeasi energie ca si energia termica a atomilor si moleculelor din jur.Barele
de reglare din cadmiu au fost inserate in masa de grafit si uraniu pentrn a
controla rata reactiei prin absorbtia unor neutroni.
Uraniul din pila lui Fermi consta din 0,7%
uraniu-235 si 99,3 uarniu-238(92 de protoni si 146 neutroni per atom).Cand
uraniul-238 absorbea un neutron ,nucleul
rezultat de urabiu239 nu fisiona.In schimb,el emitea fotoni sub forma de
radiatii gamma,iar apoi emitea electroni(particule cu o incarcatura de electricitate negativa) cand
2 dintre neutronii sai deveneau protoni .Nucleul rezultat, cu 94 de protoni si
145 de neutroni,era un izotop al unui element necunoscut
inainte-plutoniul-239,descoperit in anul 1941.
Reactoare
nucleare
Majoritatea reactoarelor nucleare moderne
sunt reactoare cu neutroni termici pentru ca ele uitlizeaza un moderator pentru
a incetini neutronii rapizi.Cele 3 moderatoare utilizate in reactoarele
nucleare moderne cu neutroni termici
sunt grafitul (care consta din carbon pur),apa grea (care contine izotopul de
hidrogen stabil numit deuteriu-utilizat de asemenea si drept combustibil pentru
armele nucleare) si apa usoara(apa obisnuita)
Dintre cele 3 moderatoare ,initial era
preferat grafitul ,in special in Marea Britanie, si este utilizat in
reactoarele Magnox racite cu gaz si reactoarele de nalta temperatura racite cu
heliu.Utilizarea apei grele a fost mai ales dezvoltat in Canada.Principiul sau
avantajos este acela ca risipeste cei mai multi neutroni.Utilizarea apei usoare
permite constructia reactoarelor compacte.Acestea sunt utilizate la actionarea
unor submarine si nave spatiale
Radioactivitate in spatiu:
Navele spatiale care viziteaza planetele exterioare sunt mult prea
departe de Soare pentru a putea obtine energie suficienta electrica de la
radiatii solare ce cad pe bateriile solare aranjate pe panouri.Astfel,sondele
Voyager sunt dotate cu generatoare termoelctrice cu radioizotopi.Acestia contin
oxid de plutoniu,care emana caldura cand este supus unui process numit dezintegrare
radioactive.Acesta caldura este aplicata pe materiale numite
miconductori,aranjati astfel inact sa transforme caldura degajata in energie
electrica.La lansare alimentarea fiecarei nave spatiale este de 450 de
watti,dar energia disponibila scade lent pe masura ce oxidul de plutoniu este folosit.
Energia nucleara sub apa:
Reactorul unui submarin nuclear produce caldura prin fisiune nucleelor
substanelor radioactive.prin acest process se divid nucleele atomice eliberand
cantitati mari de caldura .Un lichid de racier extrage caldura din reactor si o
transfera la apa dintr-un boiler.Apa fierbe producand aburi trecuti in
turbinele de propulsie principale si in turbinele legate de generatoarele
electrice.caldura transforma apa in aburi.Apoi aburii rotesc turbinele care
actioneaza elicele.
Niciun comentariu:
Trimiteți un comentariu