FISIUNEA NUCLEAR. REACTORUL NUCLEARProfir Eduard

Fisiunea nuclear

Este un proces spontan sau provocat prin bombardare cu particule a nucleelor elementelor grele, rezult0d ruperea nucleului greu n dou sau mai multe fragmente (nuclee) avnd, n general, mase comparabile.

Conform teoriei elaboate de Bohr i Wheeler (1936), pentru ca un nucleu s fisioneze spontan este necesar s fie ndeplinit condiia A > 250. La limita acestei condiii este situat izotopul Cf (californiu).

Fisiunea stimulat a fost descoperit de fizicienii O. Hahn, F. Strassman i L. Meittner, n 1939. Ei au constatat c la captura unui neutron, un nucleu se rupe n dou nuclee de mas intermediar i doi sau trei neutroni rapizi:

n + U -> U* -> Ba + Kr + 3 n

10235922369214456893610

Pentru un numr mare de protoni n nucleu, forele de respingere electronic sunt compensate n mare masur de forele nucleare care mpiedic dezintegrarea nucleului.

Dac provocm ntr-un astfel de nucleu greu o deformaie, nucleul-pictur se poate divide n dou nuclee mai mici. Energia necesar pentru a imprima nucleului deformaia critic, dup care urmeaz fisiunea, este energia de activare a procesului.

Reacia de fisiune nuclear a U nu este singura posibil. O alt reacie de fisiune este:

S-a constatat ca exist 45 moduri diferite de scindare a nucleului de U . Ca rezultat se obin produse de fisiune avnd numerele de mas cuprinse ntre 72 i 161, reprezentnd astfel 90 de izotopi diferii. n + U -> U* -> Te + Zr + 2 n

10235922369213752974010

Nucleele de Ba i Kr au un surplus de neutroni fa de configuraia stabil i din aceast cauz sunt instabili, transformndu-se prin dezintegrri succesive n nucleele stabile.

Energia de reacie a acestui proces este de aproximativ 200 MeV.

Dac unul din neutronii eliberai n fiecare reacie poate produce o nou fisiune, procesul se va ntreine singur. O reacie de acest tip se numete reacie n lan.

Dac pentru reacia n lan se poate controla energia eliberat, vorbim despre un reactor nuclear. Dac, ns, se elibereaz o cantitate foarte mare de energie ntr-un timp foarte scurt, vorbim despre o bomb atomic.

Atunci cnd un nucleu atomic de dimensiuni mari, cum este cel de uraniu, absoarbe un neutron, devine instabil. Astfel el se va dezintegra n mai multe fragmente, cu degajare mare de energie, ceea ce accelereaz puternic fragmentele rezultate, care ating viteze foarte mari. Datorit acestor viteze, fragmentele rezultate n urma fuziunii, pot patrunde la rndul lor n ali atomi, unde provoac alte reacii de fisiune ( reacii de fisiune n lan)

Bomba atomic

n cazul bombei atomice, reacia de fisiune nu este ncetinit, ea se amplific i are loc o degajare urias de energie. Potenialul acestei arme a fost contientizat atunci cnd pe data de 6 august 1945, a fost lansat asupra Hiroshimei bomba atomic supranumit i Little boy. O gigantic sfer de foc a nceput s se rspndeasc din punctul iniial al exploziei. ntr-o clip au fost ucisi 66 000 de oameni, iar ali 69 000 rnii. Pe o zon cu o raz de un km de la locul exploziei, distrugerea a fost total. Suflul exploziei a fcut pagube majore i la o distan de 3 km de locul exploziei.

Pe 9 august 1945, deasupra orasului Nagasaki a fost detonat o bomb cu plutoniu, supranumit Fat guy, n urma creia 39 000 de oameni au fost ucisi, iar ali 25 000 ranii.

De-a lungul deceniilor, radiaiile ionizate au constituit doar o curiozitate de laborator. Descoperirea radioactivitii artificiale i apoi descoperirea fisiunii uraniului au dat un puternic imbold cercetrilor de fizic nuclear. Pentru masele de oameni, energia nuclear nu a ieit, ns, din anonimat dect dup lansarea celor dou bombe atomice.

Construirea reactorilor nucleari i posibilitatea de a utiliza aceste instalaii pentru a produce energie electric n cantiti mari, au generat noi probleme: cercetarea radiaiilor nucleare, studiul interaciunii acestora cu materia i realizarea proteciei contra radiaiilor nucleare.

Reactorul nuclear

Reactorul nuclear este o instalaie complex n care se produce o reacie n lan controlat i susinut la o rat staionar, care conduce la nclzirea unui agent termic

Reactoarele nucleare pot funciona cu neutroni rapizi sau cu neutroni ncetinii, numii neutroni termici. ncetinirea neutronilor faciliteaz capturarea lor de catre nucleele de uraniu 235 si fisionarea acestor nuclee.

Reactoarele nucleare sunt utilizate in principal pentru generarea prodctiei de caldura pentru generarea de electricitate; productiei de caldura pentru incalzire domestica si industriala; productie de hidrogen; la desalinare.

In cercetarea stiintifica sunt utilizati pentru asigurarea surselor de radiatie cu neutroni si pozitroni pentru dezvoltarea de tehnologii nucleare.

Din punct de vedere istoric, reactoarele nucleare au fost utilizate prima data pentru producerea plutoniului necesar fabricarii bombei atomice. Tot in domeniul militar sunt utilizate la propulsia submarinelor si a vapoarelor

Principalele componente:

Combustibilul nuclear format din uraniuModeratorul substanta in care neutronii sunt incetiniti prin ciocniri succesive (apa, apa grea, grafitul )Lichidul de racire transporta in exterior caldura dezvoltata in zona activa a reactoruluiBarele de control din bor sau cadmiu, care absorb usor neutroniiReactorul un strat de material care imprastie puternic neutronii intorcandu-i in zona activa ( ex: beriliu)

Reactoarele sunt construite pentru 3 scopuri principale care, n general, presupun metode diferite de exploatare a caldurii si a neutronilro produsi prin reactia de fisiune in lant:Reactoarele de putere, gandite sa produca caldura, indiferent daca ele fac parte din centrarele terestre sau din sistemele de putere de pe vapoare si submarine nucleareReactoarele de cercetare, gandite sa produca neutroni si/sau sa activeze surse radioactive destinate cercetarilor stiintifice, medicale, ingineresti, etc.Reactoare reproducatoare, gandite sa produca combustibili nucleari in masa plecand de la alti izotopi mai abundenti.

Impactul utilizrii tehnologiilor nucleare asupra societii i a mediului

O uzin de preparare a minereurilor radioactive sau o central electric nuclear, produce i o cantitate imens de produse secundare sau inutilizabile, denumite deeuri radioactive. Evident, deeurile radioactive ca i minereul sau substana radioactiv constituie un pericol pentru sntatea omului. Aceasta se datoreaz duratei, uneori chiar milenii, n care deeurile i pstreaz proprietile radioactive.

Explozia centralei nucleare de la Cernobl pe 26 aprilie 1986, a produs o catastrof ecologic radioactiv de proporii incalculabile, afectnd peste 5 000 000 de oameni din multe pri ale Europei.

Deeurile radioactive obinute n reactoarele nucleare sunt nchise n recipiente din materiale foarte rezistente la condiiile de impact termic i radiant.

Contaminarea poate fi extrem de periculoas pentru sntatea omului prin acumularea elementelor radioactive n flora i fauna terestr i marin, ce constituie resursele de hran ale omenirii.

*