Fiziune și fuziune nucleară Superprof
12 martie 2018 ∙ 8 minute timp de citire
Reacțiile nucleare sunt, așa cum sugerează și numele lor, reacții care implică nucleele anumitor atomi.
Când nucleii acestor atomi reacționează împreună, provoacă o mare eliberare de energie.
Oamenii de știință au înțeles pe deplin interesul pe care îl pot avea pentru valorificarea acestei energii: îmblânzirea cantităților mari de energie rezultate din reacțiile nucleare este obiectivul urmărit în construcția centralelor nucleare, de exemplu.
Există două moduri diferite de a obține cantități mari de energie prin manipularea nucleilor unuia sau mai multor atomi:
- Primul presupune divizarea nucleelor unui atom și eliberează multă energie. E aici Fisiune nucleara.
- Al doilea este să unească nuclei de atomi diferiți. Vorbim apoi de fuziune nucleară.
Fisiune nucleara
Definiția nuclear fission
Fisiunea este o transformare nucleară în care spune un nucleu atomic "Fisionabil" se desparte în două nuclee mai mici.
În domeniul energiei nucleare, fisiunea nucleară este divizarea nucleului unui atom. Acest nucleu este transformat în mai multe fragmente a căror masă este aproape egală cu jumătate din masa inițială a nucleului.
Se mai numește diferența de masă dintre starea nucleului care precede reacția și starea nucleelor rezultate în urma reacției lipsa masei.
Einstein a demonstrat cu celebra sa formulă eliberarea semnificativă de energie din reacțiile nucleare
Această lipsă de masă reprezintă aproximativ 0,1% din masa inițială a nucleului.
Albert Einstein a demonstrat că o lipsă foarte mică de masă se transformă într-o cantitate foarte mare de energie.
O exprimăm cu faimoasa lui ecuație:
În această ecuație:
- E corespunde energiei obținute
- m este masa lipsă
- vs. este o constantă: este viteza luminii sau aproximativ 300.000.000 m/s (metru pe secundă)
Cu această ecuație înțelegem că energia cauzată de fisiunea nucleară este extremă, deoarece este dedusă direct din pătratul vitezei luminii.
Cum se induce fisiunea nucleară ?
Fisiune indusă
Fisiunea nucleară poate apărea atunci când nucleul unui atom greu captează un neutron. Aceasta se numește fisiune indusă.
Fisiunea este o transformare indusă și necesită un aport semnificativ de energie pentru a realiza.
Această intrare de energie este de obicei sub forma unui neutron care este proiectat cu viteză mare, adică cu energie cinetică mare, pe nucleul unui atom.
Fisiunea indusă cel mai frecvent este uraniul 235, uraniul 238 și plutoniul 239.
În timpul fisiunii, se emit imediat așa-numiții neutroni „rapizi”. Rezultatul unei fisiuni induse de un neutron este foarte dependent de energia acestuia din urmă. De aceea o sută nuclizi pot fi emise diferite ca urmare a fisiunii uraniului.
Rezultă a energie termică ridicată derivată din energia cinetică a fragmentelor și particulelor emise ca urmare a fisiunii.
Centralele nucleare utilizează o reacție în lanț controlată a fisiunii nucleare.
Într-adevăr, particulele emise după fisiune sunt proiectate la viteză mare, ceea ce provoacă coliziuni multiple și interacțiuni cu atomii materialului încrucișat.
Această tehnică este utilizată pentru a genera electricitate în reactoarele nucleare.
Fisiune spontană
Vorbim de fisiune nucleară spontană atunci când nucleul se dezintegrează în mai multe bucăți fără absorbția prealabilă a unei particule.
Fisiunea spontană este posibilă doar pentru că izotopii sunt instabili. Acest lucru poate fi văzut în special pentru nucleele foarte grele.
Într-adevăr, energia de legare pe nucleon, adică energia care trebuie furnizată unui nucleu în repaus pentru a-l disocia în nucleoni izolați și imobile, este mai mică decât pentru nucleii mai puțin grei rezultați din fisiunea spontană.
Desigur, și în același mod ca și pentru fisiunea indusă, produsele de fisiune sunt radioactive.
Controlul fisiunii nucleare: reacția în lanț
În general, fisiunea este însoțită și de formarea de neutroni cu energie ridicată, care la rândul lor pot lovi alte nuclee și pot provoca alte fisiuni: fenomenul poate continua astfel și poate da o „reacție în lanț”.
Conceptul de reacție în lanț
O reacție în lanț este procesul prin care neutronii eliberați în timpul primei fisiuni nucleare produc fisiune suplimentară în cel puțin un alt nucleu. Nucleul generat la rândul său produce neutroni, care vor duce și la fisiune nucleară: procesul se repetă.
Aceste reacții în lanț pot fi sau nu controlate.