Fisiunea nucleara.

•“Orice teorie pe care o putem construi,pe baza unui model simplu,este folositoare ca o treapta in cautarea unei teorii mai cuprinzatoare.”

•E.Wichmann,Univ. Berkeley

Modelarea fisiunii nucleare si a reactiei in lant

• Nucleele instabile fusioneaza sau emit spontan radiatii,pana cand se transforma in nuclee stabile.Aceste dezintegrari sunt reactii nucleare spontane.Anumite reactii nucleare pot fi provocate.

• Daca aranjam 15-20 de piese ale jocului Domino(fig.1)piesa care loveste are rol de proiectil.Folosind mai multe piese,procesul se autointretine.

Fig.1

Fig.2

Fig.1

• Analog,nucleul de uraniu poate fi ciocnit de particula neutron si se obtin nuclee mai usoare si alti neutroni(fig.2).Neutronul joaca rolul de proiectil care produce ciocnirea urmatorului nucleu de uraniu.

Neutronul poate fi “capturat”de nucleu,de oarece este neutru si nu interactioneaza electric.Nucleul devine instabil deoarece are o energie suplimentara si se “sparge” in doua nuclee mai mici si doi-trei neutroni(fig.3).

Fisiunea nucleara indusa• Fisiunea nucleara indusa este reactia nucleara in care un

nucleu cu masa mare este ciocnit de un neutron si se divide in doua nuclee mai

usoare,cu energie de legatura pe nucleon mai mare,si doi-trei neutroni.Enrico Fermi a folosit particule α

pentru a obtine o sursa de neutroni cu care sa provoace fisiune nucleara.

Sa consideram ca in fiecare proces de fisiune a nucleelor de uraniu rezulta trei neutroni.Daca fiecare proces de fisiune doi dintre ei sunt absorbiti de nucleele unot substante care nu fusioneaza si doar un neutron produce fisiunea unui al nucleu de uraniu,atunci procesele se repeta in timp pana cand sunt fisionate foarte multe nuclee,deci reactia se intretine in lant(fig.3).Reactia de fisiune dintr-un reactor nuclear se autointretine controlat pana cand se consuma uraniul.

Fig.3

Fig.4

Reactorul Nuclear• Primul reactor nuclear a fost construit

in 1942 de catre Enrico Fermi.In reactia de fisiune stimulata a izotopului de uraniu

• Rezulta un nucleu compus instabil,prin captura unui neutron lent din care se rup nuclee cun nr. Atomic cuprins intre 54-56,respectiv 36-38. nKrBaUn 1

08936

14456

*23592

10 3

nSrXeUn 10

9338

14054

*23592

10 3

sau

U23592

• Prin captura unui neutron lent,nucleul de uraniu se transforma intr-un nucleu intermediar(compus)care oscileaza ca o picatura de forma alungita se gatuie si se rupe in doua nuclee si trei neutroni rapizi cu energii cinetice mari(fig.4).Nucleele rezultate sunt instabile si emit radiatii beta si gamma.Dupa un timp intr-un reactor nuclear se vor gasi nuclee radioactive de bariu,cripton,strontiu,etc..Prin fisiunea fiecarui nucleu se elibereaza energie(~200MeV).Un reactor nuclear este un sistem complex prin care se produce energie prin reactii in lant si controlate de fisiune stimulata cu neutroni.O cenetrala nucleara electrica are un reactor nuclear in care se dezvolta caldura prin fisiune nucleara,un schimbator de caldura,generator de aburi,trubine cuplate cu generatoare electrice(fig5).Combustibilul folosit in centrala nuclearo-electrica este uraniul.

Fig.5

Schema de principiu a unui reactor nuclear.

Reactor Nuclear

• In general un reactor nuclear este alcatuit din zona activa,protectia biologica,schimbatorul de caldura,sistemul de reglaj si control.

• 1.ZONA ACTIVA:este partea principala a reactorului care contine sistemul multiplicativ in care are loc reactia in lant controlata.

• 2. PROTECTIA BIOLOGICA:ansamblul mijloacelor utilizate pentru reducerea pana la un nivel nepericulos a radiatilor emise in zona actica a combustibilului nuclear,de materialele structurale si de agentul de racire care devin radioactive datorita iradierii la care sunt supuse in ZONA ACTIVA.Protectia biologica trebuie sa asigure protectia personalului,atmosferei terenurilore inconjuratoare.

• 3.Schimbatorul de caldura:realizeaza preluarea caldurii degajate in zona activa si treansferarea ei in exteriorul reactorului fiind transformata in energie electrica.

• 4SISTEMUL DE REGLAJ SI CONTROL:asigura pornirea si oprirea reactorului,declanseaza si opreste reactia in lant si are rolul de a masura in permanenta nivelul reactiei in lant si mentinerea in limitele admise cat si oprirea acesteia si deci,a reactorului, in caz de avarie.

Clasificarea Reactorilor

• Criterii de clasificare• C)Dupa combustibilul

nuclear:

1.Reactori in care combustibilul fisil este

233U

2.Reactori in care combustibilul fisil este 239Pu.

• A)dupa energia neutronilor:

1.termici 2.intermediari

3.rapiziB)Dupa structura zonei

active: 1.omogeni 2.eterogeni

• Dupa gradul de imbogatire in 235U reactorii pot fii:1.Cu uraniu natural

2.Cu uraniu slab imbogatit.

3.Cu uraniu imbogatit

4.Cu uraniu puternic imbogatit.

• D.Dupa moderator avem reactori cu: H2O,D2O,Be sau BeO,Grafit sau

compusi organici. E.Dupa putere:1.Putere zero.(1W:1KW) 2.Putere medie(1:50)MW 3.De mare putere( 100MW)F.Dupa destinatie:1.reactor de cercetare 2.Reactori energetici.G.Dupa agentul de racire si moderator

reactorii energetici se clasifica:1.ModeratorH2O,2.ModeratorD2O,3.Moderat

or Grafit.

Controlul reactorului

• Prin controlul reactorului trebuie sa se asigure:

• A)Mentinerea puterii la nivelul dorit.• B)Oprirea reactorului.• C)Compensarea pierderilor de

radioactivitate datorita arderii combustibilului si acumularii “otravurilor”.

• D)reglarea proceselor lente prin adausuri de ardere.

• E)Preintampinarea opririlor din lucru a avariilor si accidentelor.

Centrala nuclearo-electrica de la Cernavoda

Pe plan mondial,resursele de combustibil clasici(gaze naturale,carbune,petrol)sunt limitate.Optiunea pentru centralele nucleare reprezinta aproximativ 20% din productia mondiala de energie electrica.Producerea energiei electrice in centralele nuclearo-electrice(C.N.E.)se bazeaza pe o tehnologie nepoluanta,deoarece nu se mai degaja cantitati uriase de dioxid de carbo in mediul inconjurator.

In anul 1996,a fost conectata la reteaua energetica nationala prima unitate,din cele cinci,a centralei nuclearo-electrice de la Cernavoda.In anul 2007 s-a mai conectat o unitate.Cu fiecare unitate in functiune obtinem :700MW(9%din productia de energie electrica a tarii noastre).

Centrala nuclearo-electrica Cernavoda foloseste un reactor nuclear performant de conceptie Canadiana(CANDU)care utilizeaza uraniu natural drept combustibil si apa grea ca moderator si agent termic.

Romania este singura tara din fostul sistem socialist est-european care utilizeaza tehnologie occidentala de varf pentru C.N.E.

In anul 2001 apa grea produsa in Romania la Institutul de Combustibil Nuclear Pitesti,a fost cotata ca fiind cea mai buna din lume avand o puritate de 98,7%.

Proiect conceput de Radulescu

Anghel,profesor gr.I-Fizica

•Grup Scolar Cogealac jud. Constanta