Fisiunea Nucleară și Tipuri de Izotopi

Fisiunea Nucleară

• Fisiunea nucleară este o reacție nucleară care implică ruperea unui nucleu greu în două fragmente de masă aproximativ egală, eliberând neutroni rapizi, radiații și energie termică.
• Poate fi spontană sau stimulată. Majoritatea combustibililor nucleari se dezintegrează spontan prin reacții alfa/beta, dar foarte rar.
• În reactoarele nucleare sau arme nucleare, fisiunea este de obicei indusă prin bombardarea cu alte particule, precum neutronii.
• Multe elemente grele, cum ar fi uraniul, thoriul și plutoniul, pot suferi atât fisiune spontană cât și fisiune indusă.
• Fisiunea asimetrică este cea mai comună formă de fisiune, unde produsele de fisiune au mase aproximativ 130–140 uam și 90–100 uam.
• Exemplu: Un nucleu de 235U, prin captura unui neutron, se rupe în două nuclee de masă intermediară și trei neutroni rapizi. (144Ba + 89Kr + 3n).

Tipuri de Izotopi

• Izotopii fisionabili pot susține reacții în lanț, dar nu toți.
• Izotopii fisili fisionează când sunt loviți cu neutroni lenți (neutroni termici).
• De exemplu, 238U este fisionabil, dar nu fisil. Necesită neutroni energetici peste 1 MeV pentru fisiune, iar prea puțini neutroni produși de fisiunea 238U au energia necesară pentru a induce fisiunea ulterioară.
• Prin schimb, 238U poate capta neutroni termici pentru a forma 239U, care se dezintegrează în 239Pu, un izotop fisil important pentru reactoarele nucleare de reproducere.

Reacții Exoenergetice

• Reacțiile nucleare în care se eliberează energie sub formă de energie cinetică a produselor sunt reacții exoenergetice.
• Prin fisiune, o parte din masa este convertită în energie, conform formulei E=mc².
• De exemplu, fisiunea 235U eliberează aproximativ 197,5 MeV de energie.

Reactor Nuclear

• Un reactor nuclear este o instalație care controlează fisiunea în lanț și eliberează energie termică pentru a produce energie electrică.
• Pentru întreținerea reacției de fisiune, cel puțin unul dintre neutronii rezultați din fisiunea unui nucleu trebuie să producă o nouă fisiune. Acest lucru are loc atunci când masa combustibilului este egală cu o masă critică.
• Componentele principale ale unui reactor nuclear includ combustibil nuclear (de exemplu, uraniu îmbogățit), moderator (pentru a încetini neutronii), bare de control (pentru a regla reacția), sistem de răcire și protecții biologice.

Producerea de Energie

• Centralele nucleare generează energie electrică folosind energia eliberată prin fisiunea nucleară.
• Energia nucleară este convertită în energie termică, care este folosită pentru a încălzi apă, transformând-o în abur.
• Aburul rotește turbinele care, la rândul lor, acționează generatoarele electrice.