Energia Nucleară

Energia Nucleara

1. Scurt istoric:

Pâna în anii 1800 principalul combustibil era lemnul,energia lui derivând din energia solara înmagazinata în plante în timpul perioadei lor de viata.Începând cu Revolutia Industriala,oamenii au devenit dependenti de combustibilul fosili (carbuni,petrol,gaze naturale) care deriva de asemenea din energia solara înmagazinata.

Enrico Fermi si Leo Szilard, ambii de la University of Chicago, au fost primii care au construit o pila nucleara si au prezentat o reactie în lant controlata, pe 2 Decembrie 1942. În 1955 ei si-au împartit patentul de inventie pentru reactorul nuclear U.S. Patent 2.708.656.

Primul reactor nuclear a fost utilizat pentru a genera plutoniu pentru bomba nucleara. Alte reactoare au fost folosite în navigatie pentru propulsarea submarinelor si chiar avioanelor. La mijlocul lui 1950 Uniunea Sovietica si tarile vestice si-au extins cercetarile pentru a include si utilizarea nemilitara a atomului.

Pe 20 Decembrie 1951, în SUA, a fost generat pentru prima data curent electric folosind putere nucleara la Experimental Breeder Reactor-I (EBR-1) localizat lânga Arco, statul Idaho. Pe 26 Iunie 1954, la ora 5:30 a început sa genereze curent electric prima centrala nucleara sovietica, la Obninsk, Kaluga Oblast.

2. Energia Nucleara

Energia nucleara reprezinta energia eliberata în timpul fisiuni sau fuziunii nucleilor atomici.

Energia nucleara poate fi obtinuta în 2 moduri diferite:

Ø prin fisiunea unui nucleu greu

Ø prin fuziunea a 2 nuclei usori

2. a.) Fuziunea nucleara:

Fuziunea nucleara este procesul prin care doua nuclee atomice reactioneaza pentru a forma un nou nucleu, mai greu decât nucleele initiale.În timpul fuziunii se produc si alte particule subatomice (Tabelul 1).Ca sa se produca reactia de fuziune, nucleele care se ciocnesc trebuie sa aiba energia cinetica destul de mare pentru a învinge potentialul electric(fortele de respingere electrica) si astfel se apropie suficient pentru ca fortele nucleare (care au raza de actiune limitata) sa poata rearanja nucleonii.

Reactiile de fuziune sunt greu de mentinute dar avantajul e ca nu se creeaza produsi secundari.Aceasta conditie presupune temperaturi extrem de ridicate daca reactia are loc într-o plasma, sau accelerarea nucleelor în acceleratoare de particule.

Fuziunea nucleara ar putea deveni o sursa de energie practic nelimitata (si ecologica) atunci când reactoarele de fuziune (care în prezent se afla în faza experimentala si nu produc înca un surplus net de energie) vor deveni viabile din punct de vedere tehnologic si economic.

Tipul radiatiei Natura radiatiei Effectul radiatiei

Alpha (a) 2 protoni si 2 neutroni (He2+) Este absorbita de hârtie, dar e cea mai daunatoare

Beta (²) Electroni cu mare viteza Este absorbit de placa de Al, nu si de hârtie

Gamma (³) Radiatii electromagnetice Este cea mai patrunzatoare, dar cel mai putin daunatoare

2. b.) Fisiunea nucleara:

Fisiunea nu este provocata prin bombardarea unui combustibil cu neutroni.Un nucleu loveste un alt nucleu,determinându-l sa se scindeze si sa emita mai multi neutroni.

Acestea se lovesc cu alte nuclee,provocând alte scindari si eliberarea altor neutroni.Aceasta succesiune se numeste reactie în lant.În cazul bombelor atomice reactia în lant se desfasoara necontrolata si din aceasta cauza se elibereaza brusc o cantitate mare de energie, provocând explozie violenta. La un reactor nuclear,exista bare metalice de reglare care absorb o parte din nucleu,încetinând reactia si rata la care se elibereaza energia.

Nu toate elementele pot fi utilizate în reactiile de fisiune, ci numai acele elemente care au nuclee relativi mari si instabile.Asemenea elemente se numesc fisionabile.

Unul dintre cele mai folosite elemente fisionabile la centrale nucleare este 235U care are 92 protoni,143 neutroni în nucleul sau.Când un nucleu de 235U este lovit de un neutron,el devine instabil si se scindeaza,eliberând energie si alti neutroni:

Acestia scindeaza alt nucleu de uraniu.Fisiunea nucleara a unei mase de uraniu produce o energie de peste doua milioane de ori mai mare decât cea obisnuita prin arderea unei mase de carbune de aceeasi greutate.Pentru ca o reactie sa se întretina singur masa combustibilului(uraniului) trebuie sa depaseasca o valoare minima, numita masa critica. De exemplu:pentru 235U masa critica este de aproximativ 50 kg.

3. Reactor nuclear:

Reactorul nuclear este o instalatie în care este initiata o reactie nucleara în lant, controlata si sustinuta la o rata stationara.

În mod curent, toate reactoarele nucleare comerciale sunt bazate pe fisiunea nucleara si sunt considerate problematice datorita sigurantei lor si riscurilor asupra sanatatii.

Principalele aplicatii ale reactoarelor nucleare sunt:

- În centrale nuclearo-electrice: productie de caldura pentru generare de electricitate, încalzire domestica si industriala,la desalinare.

- În propulsia nucleara: pentru propulsie nucleara marina; exista propuneri pentru rachete termonucleare; exista propuneri pentru rachete propulsate prin puls nuclear.

- În transmutatie de elemente: la productia de plutoniu, adesea pentru utilizarea în arme nucleare; la obtinerea diversilor izotopi radioactivi, cum ar fi americiu pentru detectorii de fum, respectiv cobalt-60, molibden-99 si altii, folositi în medicina.