Extras din curs

ENERGIA NUCLEARĂ

Dintre toate soluţiile enumerate, soluţia primordială pentru următorul secol va fi (probabil), energetica nucleară. Fizicienii au descoperit şi au pus la dispoziţia umanităţii două categorii de fenomene cu ajutorul cărora se pot obtine energie. Este vorba în primul rând de fisiunea nucleară, iar în al doilea rând de fuziunea nucleară.

Energetica nucleară este o energetică curată pentru că ea nu produce poluarea pe care o datorăm altor tipuri de energetică, în special celei bazate pe cărbune, petrol sau gaze, care produc cam de o mie de ori mai multă poluare decât o centrală nuclearoelectrică.

8.1. Reacţiile nucleare de fisiune şi fuziune

Reacţiile nucleare pot avea loc prin bombardarea unui nucleu ţintă cu particule proiectil, deci cu fragmente nucleare, cu cuante de lumină, cu electroni, cu neutroni şi cu mezoni.

Reacţia nucleară are loc în trei faze.

În prima fază o particulă este captată de nucleu, ca urmare pe o durată extrem de scurtă se formează intermediar un nucleu instabil adică punctul critic de instabilitate şi apoi nucleul se rupe în fragmente stabile sau instabile. Prin captarea unui nucleon de către un nucleu greu, se preia energia de legătură a nucleonului sub o formă de energie de excitaţie, la un nivel energetic de circa 7,5 MeV şi ca urmare, are loc reacţie nucleară, cu degajare de energie, de căldură. Sunt posibile două reacţii nucleare cu degajare de căldură: fisiunea nuclearǎ, cu scindarea nucleului în două (rareori mai multe) nuclee de masă comparabilă şi fuziunea nucleară, prin combinarea a două nuclee uşoare, cu formarea unui nucleu mai greu.

Fisiunea nucleară nu este specifică numai nucleelor grele, (A>180) însă numai unele nuclee grele, cu număr impar de neutroni ca 235U, 233U, -239Pu şi 241Pu, pot fisiona în lanţ, la ataşarea unui neutron termic. Este suficientă energia de legătură a neutronului captat, ca să provoace fragmentarea nucleului. Are importanţă energia de parasaturare, astfel că pot fisiona numai nucleele puţin stabile, cu număr impar de neutroni, denumite materiale fisionabile (fisile). Izotopul este singură specie fisionabilă, care se găseşte ca atare în natură.

Uraniul cu masa atomică 238,03 este un amestec natural de trei izo-topi: izotopul cu numărul de masă 238, (în proporţie de 99,282%); izotopul cu număr de masă 235, (în proporţie de 0,712%) şi izotopul cu numărul de masă 234, (în proporţie de 0,006%).

Uraniul cu numărul de masă 238, captând neutroni, prin două dezintegrări beta, trece în 239Pu ceea ce reprezintă ciclul de fisiune uraniu-plutoniu, care se aplică la reactoarele nucleare termice:

(8.1)

La fel 232Th, care se găseşte ca atare în natură, captând neutroni două dezintegrări beta şi trece în 233U ceea ce reprezintă de fapt ciclul de fisiune thoriu - 233U, care se poate utiliza în reactoarele termice la temperatură înaltă, răcite cu gaze:

(8.2)

Plutoniul cu numărul de masă 239, se utilizează la reactoarele de reproducere cu neutroni rapizi, FBR. Izotopi de 238U şi 232Th din care pot obţine materiale fisionabile, se numesc materiale fertile. Materiale fisionabile şi cele fertile formează combustibilii nucleari.