Energia Nucleara reprezinta energia eliberata in timpul fisiuni sau fuziunii nucleilor atomici. i7y9ye
Pana in anii 1800 principalul combustibil era lemnul,energia lui derivand din energia solara inmagazinata in plante in timpul perioadei lor de viata.Incepand cu Revolutia Industriala,oamenii au devenit dependenti de combustibilul fosili (carbuni,petrol,gaze naturale) care deriva de asemenea din energia solara inmagazinata.
Arderea acestor combustibili produce reactii chimice ce rezulta prin schimbarea structurii electronilor in atomi.O parte din energia eliberata sub forma de caldura pastreaza combustibilul ramas suficient de cald pentru a intretine reactia chimica.
In timpul celui de al-II-lea razboi mondial, oamenii de stiinta din Germania si America s-au intrecut pentrua face o bomba puternica, utilizand energia din nucleul atomilor.In Chicago o echipa de oameni de stiinta condusa de profesorul italian Enrico Fermi a reusit sa provoace prima reactie nucleara controlata.Era a bombei atomice.Ei au gasit o cale de a fisiona nucleul.In acest proces se distingea o cantitate mica de materie,dar era eliberata o cantitate mare de energie sub forma de caldura.In cazul bombei atomice procesul avea loc foarte rapid,avand ca rezultat o explozie brusca si devastatoare de energie.In centralele nucleare are loc acelasi tip de reactie , dar la o rata mai lenta si controlata cu grija.
Energia nucleara poate fi obtinuta in 2 moduri diferite: prin fisiunea unui nucleu greu sau prin fuziunea a 2 nuclei usori.Reactiile de fusiune sunt dificil de mentinut pentru ca cei 2 nuclei se resping,dar spre deosebire de reactiile de fisiune,fuziunea nu creeaza produsi radioactivi.
Fisiunea nu este provocata prin bombardarea unui combustibil cu neutroni.Un nucleu loveste un altnucleu,determinandu-l sa se scindeze si sa emita mai multi neutroni.Acestea lovesc alte nuclee,provocand alte scindari si eliberarea altor neutroni.Aceasta succesiune se numeste reactie in lant.In cazul unei bombe atomice,reactia in lant i se permite sa continue necontrolata.Din aceasta cauza energia eliberata in timpul procesului de fisiune se acumuleaza si provoaca o explozie violenta.La un reactor nuclear,exista bare metalice de reglare care absorb o parte din nuleu,incetinand reactia si rata la care se elibereaza energia.
Numai cateva elemente pot fi utilizate drept combustibil nuclear deoarece,pentru a intra intr-o reactie de fisiune in lant,atomii trbuie sa aibe nuclee relativ mari si instabile.Asemenea elemente se numesc materiale fisionabile.Unul dintr cele mai larg folosite la centrale nucleare este 235U care are 92 protoni,143 neutroni in nucleul sau.Cand un nucleu de 235U este lovit de un neutron,el devine instabil si se scindeaza,eliberand 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 decat cea obisnuita prin arderea unei mase de carbune de aceeasi greutate.
Pentru ca o reactie in lant sa nu inceteze si sa se produca in continuare,trebuie sa existe o cantitate suficient de mare de combustibil.Numai daca masa lui depaseste o anumita valoare numita masa critica,reactia in lant se va autointretine.De exemplu:pentru 235U masa critica este de aproximativ 50 kg.
In bombele atomice se folosesc explozivi obisnuiti pentru a presa laolalta 2 bucati de material fisionabil,fiecare sub masa critica.Rezulta o masa totala mai mare decat masa critica,astfel incat se produce o reactie in lant si provoaca o explozie nucleara.
Reactorul nuclear a lui Enrico Fermi era format dintr-o masa de grafit si bare de combustibil de Uraniu s-a adaugat grafit si uraniu pana cand cantitatea de Uraniu a fost suficienta pentru a intretine o reactie in lant . Grafitul avea rolul demoderator sa incetineasca neutronii pentru a-I face mai eficienti in provocarea fisiunii.Asemenea neutroni se numesc neutroni termici deoarece,cand sunt incetinii,ei au aproximativ aceeasi energie ca si energia termica a atomilor si moleculelor din jur.
Primele reactoare nucleare utilizate pe scara larga au fost construite in 1944 la Hansford,Washington,pentru producerea de armament nuclear.Combustibilul folosit este Uraniul metalic natural,iar moderatorul grafitul.Si astazi majoritatea reactoarelor nucleare moderne sunt reactoare cu neutroni termici pentru ca ele utilizeaza un moderator pentru a incetini neutronii rapizi.Cele 3 moderatoare utilizate in reactoarele moderne cu neutroni termici sunt grafitul,care consta di carbon pur,apa ”grea” care contine izotopul stabi de hidrogen numit deuteriu in locul hidrogenului obisnuit si apa “usoara” sau obisnuita.
Intru-n reactor nuclear caldura generata in combustibil prin fisiune este indepartata printr-un agent racitor lichid sau gazos.Acest agent racitor trece printr-un shimbator de caldura si incalzeste apa transformand-o in aburi.Aburii sunt folositi pentru actionarea turbinelor.In reactorul cu apa in fierbere si reactorul cu apa grea care genereaza aburi,agentul racitor este apa.In reactoarele sub presiune se foloseste apa la o presiune de aproximativ 150 atmosfere.Ea este pompata prin canale unde temperatura este de aproximativ 325 grade C,iar de aici apa supraincalzita este pompata printr-un generator de aburi si transformata in aburi.Aburii pun in miscare unul sau mai multe turbine, apoi se condenseaza si sunt pompati din nou catre generatorul de aburi.In reactoarele cu apa in fierbere apa este pompata prin canale la ppppppp si fierbe generand aburi care sunt pompati direct la turbine si apoi condensati si ajung inapoi in reactor.
Utilizarea apei “grele” a fost mai ales dezvoltata in Canada.Principalul sau avantaj este acela ca risipeste cei mai putini neutroni.Utilizarea apei “usoare” permite constructia reactoarelor compacte.Acestea sunt utilizate la actionarea submarinelor si a unor nave spatiale.
Toate reactoarele nucleare moderne se bazeaza pe fisiunea nucleara.Un alt tip de reactie nucleara,numita fusiune , asigura energia soarelui.La presiuni eeeeeee ti la temperatura de aproximativ 15 mlioane de grade celsius care exista in soare,nuclei de hidrogen se combina si determina cea mai mare parte di energia eliberata de Soare.In fusiunea nucleara doua nuclee atomice cu relatii usoare se unesc pentru a forma unul mai greu si elibereaza energie.Cea mai usoara reactie de fusiune este aceea dintre 2 izotopi ai hidrogenului si anume deuteriu si tritiu.Tritiul este usor de obtinut,
Iar marile contin cantitati mari de deuteriu.Dar este nevoie de temperaturi de 100-300 de milioane centigrade in asemenea reacti si nici un material nu poate rezista la asemenea caldura.De aceea combustibilul trebuie tinut departe de peretii recipientului prin campuri magnetice.Daca fusiunea nucleara va putea fi pusa in practica , ea va oferi urmatoarele avantaje: a) va avea o sursa nelimitata de combustibil si anume deuteriuldin oceane. b) nu va exista posibilitatea de accidente in ractoarele nucleare,deoarece cantitatea de combustibil in acesta este foarte mic. c) rezulta reziduri mult mai putin radioactive si mai usor de manuit decat cele din reactiile de fisiune.
Experimentele din anii 1990 cu un dispozitiv de fusiune pentru testari, Joint European Torus , au confirmat faptul ca aceasta tehnica functioneaza si un reactor de fusiune experimental poate fi construit candva la inceputul secolului XXII.