Fisiunea nucleară PDF

Fisiunea nucleară Isac MIhai Valentin Alexia Padnevici  Ce este? Fisiunea nucleară este o reacție nucleară care are drept efect ruperea unui nucleu greu în două fragmente de masă aproximativ egală, neutroni rapizi, radiații și energie termică. ...

Fisiunea nucleară Isac MIhai Valentin Alexia Padnevici  Ce este? Fisiunea nucleară este o reacție nucleară care are drept efect ruperea unui nucleu greu în două fragmente de masă aproximativ egală, neutroni rapizi, radiații și energie termică.  Fisiunea nucleară poate fi spontană sau stimulată. Majoritatea combustibililor nucleari suferă fisiuni spontane extrem de rar, dezintegrându-se în principal prin reacții alfa/beta timp de milenii. Informații Într-un reactor nuclear sau o armă nucleară, cele mai multe evenimente de fisiune sunt induse prin bombardament cu alte particule, cum ar fi neutronii. Multe elemente grele (de exemplu, uraniu, thoriu, plutoniu) Generale suferă ambele tipuri de fisiuni: fisiunea spontană, ca o formă a dezintegrării radioactive și fisiunea indusă, o formă a reacției nucleare. În reacțiile de fisiune nucleară, nucleele se pot sparge în orice combinație de nuclee mai ușoare. Cel mai comun eveniment este fisiunea asimetrică în care un nucleu rezultat are o masă de aproximativ 130 – 140 uam (unități atomice de masă) și celălalt nucleu de aproximativ 90 – 100 uam. Exemplificare  Clasificarea izotopilor Clasificarea izotopilor radioactivi în funcție de tipul neutronului ce produce reacția de fisiune: Izotopi fisionabili Izotopi fisili fisionează când fisionează când sunt loviți de un sunt loviți cu neutron rapid neutroni lenți (liber) (neutroni termici)  Observație Reacțiile nucleare în care se eliberează energie nucleară sub formă de energie cinetică a produselor rezultate din reacție se numesc reacții exoenergetice. Masa totală după fisiune este mai mică decât masa totală înainte de fisiune cu : Δm = 236,126483 u - 235,914394 u = 0,212089 u Energia eliberată în reacția de fisiune este: ΔE = Δm ∙ c2 = 0,212089 u ∙ 931 MeV/u = 197,5 MeV Observăm că reacția de fisiune eliberează câteva sute de MeV de energie pentru fiecare atom fisionat, acesta fiind și motivul pentru care fisiunea nucleară este folosită ca sursă de energie. Energia fisiunii nucleare este eliberată ca energie cinetică a produșilor și fragmentelor de fisiune și ca radiație electromagnetică sub formă de raze gamma.  Reactorul nuclear Reactorul nuclear este o instalație în care are loc o reacție controlată de fisiune în lanț ce determină încălzirea unui agent termic.  Explicație Pentru întreținerea reacției de fisiune în lanț este necesar ca, în medie, cel puțin unul dintre neutronii rezultați din fisiunea unui nucleu să producă o nouă fisiune. Această condiție este realizată atunci când masa combustibilului nuclear este egală cu o anumită valoare minimă, numită masă critică, dependentă de natura materialului fisionabil, de puritatea acestuia etc. Tot pentru întreținerea reacției de fisiune trebuie ca neutronii rezultați să fie încetiniți pentru a fisiona alte nuclee. Principalele componente ale reactorului nuclear 1. Combustibilul nuclear (fisilul) este format din uraniu natural cu o abundență de 99,275% (2320) îmbogățit cu uraniu cu o abundență de 0,72% (235U) pentru a mări probabilitatea proceselor de fisiune. Combustibilul nuclear este așezat sub formă de rețea bare în interiorul reactorului. 2. Moderatorul este format din apă, apă grea sau grafit, având rolul de a încetinii neutronii rezultați în fisiune pentru a avea o fisiune în lanț. Moderatorul este format din nuclee ușoare care preiau prin ciocniri o mare parte din energia cinetică a neutronilor rapizi. 3. Barele de control, formate din bor sau cadmiu, au rolul de a absorbi surplusul de neutroni pentru a avea o reacţie de fisiune controlată. Când, în medie, mai mult de un neutron rezultat din fisiune produce o nouă fisiune, sistemul poate ajunge într-o stare supracritică. În acest caz barele de control se introduc mai mult în zona activă a barelor de uraniu pentru ca reacția să nu scape de sub control sub forma unei explozii nucleare (ca în bombele nucleare). 4. Lichidul de răcire (apa sau apa grea) are rolul de a răci zona activă a reactorului, preluând prin ciocniri din energia cinetică mare a produșilor de fisiune. El transportă în exterior căldura dezvoltată de reacția de fisiune. De obicei, lichidul de răcire joacă rol și de moderator. 5. Reflectorul este confecţionat dintr-un strat de beriliu, cu rolul de a întoarce neutronii care ies din zona activă. 6. Protecția biologică este realizată de un strat gros de beton, care atenuează scăpările de radiație gamma în exterior. Producerea de energie