FISIUNEA NUCLEARA și aplicații

Proiect realizat de: ~ Tudor Luiza ~ Anghel Gabriela ~ Dragan Madalin

Prof. Constantin Leferman

Ce sunt reacțiile nucleare?

●

Reacţii nucleare – sunt transformările suferite de nucleele atomilor bombardaţi cu particule α,

β

şi neutroni.

Cele mai importante Reactii Nucleare sunt: Fisiunea Fuziunea

Cum putem obține energie energie folosind resurse naturale?

●

In prezent, numai fisiunea nucleara este utilizata pentru producerea energiei nucleare.

●

Fisiunea nucleară este folosită pentru a produce energie în centrale de putere și pentru explozii în armele nucleare.

●

Ce este reacția de fisiune și cum se clasifică?

●

Fisiunea - este o reactie nucleara care are drept efect ruperea nucleului in doua (sau mai multe) fragmente de masa aproximativ egala, neutroni rapizi, radiații si energie termică.

● Clasificare  Fisiunea spontană  Fisiunea indusă(in lanț) Controlată (reactorul nuclear) Necontrolată (explozii nucleare)

Când apare fisiunea in lant?

O reacție nucleară în lanț apare atunci când, în medie, cel puțin o reacție nucleară este cauzată de o reacție nucleară anterioară, acest lucru putând conduce la o creștere exponențială a numărului de reacții nucleare Reacția de fisiune nucleară în lanț ar putea fi restrânsă la următoarele trei secvențe: 1.Un atom de uraniu 235 absoarbe un neutron și se sparge în doi atomi noi (fragmente de fisiune), eliberând trei neutroni și o oarecare cantitate de energie de legătură.

2.Unul din acești neutroni este absorbit de un atom de uraniu-238 și nu mai participă, în continuare, la reacție. Al doilea neutron este pur și simplu pierdut în mediul/materialul înconjurător, nu se mai ciocnește cu alți atomi de uraniu, fapt pentru care nici el nu mai participă la continuarea reacției. Al treilea neutron se ciocnește cu un atom de uraniu-235 care se sparge și eliberează doi neutroni și, din nou, energie de legătură.

3.Ultimii doi neutroni se ciocnesc fiecare cu câte un atom de uraniu-235 care se sparg și eliberează de la unu la trei neutroni ce pot continua reacția.

● ● ●

Cum putem controla reacțiile de fisiune în lanț?

Fisiunea nucleară diferă de alte forme de dezintegrare radioactivă prin aceea că ea poate fi amorsată și controlată pe calea reacției în lanț: neutroni liberi eliberați de fiecare eveniment de fisiune pot declanșa în continuare alte evenimente care, la rândul lor eliberează mai mulți neutroni și pot determina mai multe fisiuni Fisiunea este cu precadere indusa de neutronii incetiniti , in timp ce neutronii eliberati in timpul fisiunii sunt neutroni rapizi. Incetinirea neutronilor are loc intr-o substanta compusa din atomi usori, in moderator.Absorbția neutronilor in exces se realizează de către materiale cu atomi ușori ,bare de control

Fisiunea este utilă ca sursă de putere deoarece unele materiale, numite combustibil nuclear, pe de o parte generează neutroni ca „jucători” ai procesului de fisiune și, pe de altă parte, li se inițiază fisiunea la impactul cu (exact acești) neutroni liberi. Combustibilii nucleari pot fi utilizați în reacții nucleare în lanț auto întreținute, care eliberează energie în cantități controlate într-un reactor nuclear sau în cantități necontrolate, foarte rapid, într-o armă nucleară.

Ce este reactorul nuclear?

Reactorul nuclear este o instalație în care este inițiată o reacție nucleară în lanț, controlată și susținută la o rată staționară (în opoziție cu o bombă nucleară, în care reacția în lanț apare într-o fracțiune de secundă și este complet necontrolată).

TIPURI DE REACTORI

Primul reactor nuclear construit de ENRICO FERMI in 1942 a fost cu uraniu natural moderat cu grafit-neeficient datorita gradului redus de ardere care duce la un consum mare de uraniu; Reactorii reproducatori au eficienta utilizari combustibilului marita(in cadrul acestuia se face conversia materialelor fertile in materiale fisionabile) O variantade reactori utilizati in prezent sunt cei cu uraniu natural moderati cu apa grea(varianta cu tuburi de presiune, dezvoltata in Canada este cunoscuta sub numele de reactori CANDU - reactorul de la Cernavoda)

CLASIFICAREA REACTORILOR: Dupa tipul de neutroni care realizeaza reactia de fisiune :

reactori cu netroni termci; reactori cu netroni rapizi;

Dupa modul de dispunere a componentilor in zona activa :

reactori omogeni; reactori eterogeni ;

Dupa destinatie :

reactorii de cercetare; reactori de incercari de materiale; reactori energetici; reactori pentru propulsie;

Care este alcătuirea un reactor nuclear?



Combustibilul nuclear

– substanţa fisionabilă formată din bare de uraniu îmbogăţit U-235 sau izotopi artificiali ca Pu bară pentru oprire de urgenţă bare de control 239, 

Moderatorul –

este substanţa în care neutronii 1 0 n sunt încetiniţi, prin ciocnirile succesive dintre ei şi nucleele moderatorului; neutronii încetiniţi, produc mai uşor fisiunea nucleelor. Au rol de control al reacţiei de fisiune. Cei mai folosiţi moderatori sunt: apa, combustibil apa grea, grafitul, beriliu (

apa grea este cel mai bun moderator, ea absoarbe foarte puţin neutronii, dar produce o încetinire mare a acestora



Agentul / fluidul de răcire

– care circulă prin reactor şi transportă în exterior energia termică degajată în urma reacţiei de fisiune. Ca fluid de răcire se folosesc: apa, apa grea, metalele lichide, CO 2 , etc.



Barele de control şi barele de securitate

– combustibil sunt substanţe care absorb neutronii şi sunt sub formă de bare de bor sau cadmiu.



Cuva reactorului

– confecţionată din oţel sau fontă pentru a absorbi radiaţiile emise, iar de beton, asigurându-se o bună protecţie contra radiaţiilor apărute.

bare de control partea exterioară a reactorului este un zid gros Protecţie biologică ieşirea vaporilor Intrarea apei Protecţie termică bară pentru oprire de urgenţă

Reactoare de fisiune

Reactoarele cu fisiune critică reprezintă cel mai comun tip de reactor nuclear. Într-un astfel de reactor, neutronii produși de fisionarea atomilor combustibilului sunt folosiți pentru a induce, în continuare, alte fisiuni și pentru a menține controlul cantității de energie eliberată. Reactoarele în care se produc fisiuni dar nu fisiuni autoîntreținute se numesc reactoare de fisiune subcritice. Pentru declanșarea fisiunii în acest tip de reactoare se folosesc fie dezintegrările radioactive, fie acceleratoare de particule.

Reactoarele cu fisiune critică sunt construite pentru trei scopuri principale care, în general, presupun metode diferite de exploatare a căldurii și a neutronilor produși prin reacția de fisiune în lanț: 1.

2.

3.

reactoarele de putere

, gândite să producă căldură, indiferent dacă ele fac parte din centrale terestre sau din sistemele de putere de pe vapoare și submarine nucleare;

reactoarele de cercetare

, gândite să producă neutroni și/sau să activeze surse radioactive destinate cercetărilor științifice, medicale, inginerești etc.;

reactoarele reproducătoare

, gândite să producă combustibili nucleari în masă plecând de la alți izotopi mai abundenți. Cel mai cunoscut reactor de acest tip creează 239Pu (combustibil nuclear) din izotopul natural foarte abundent 238U (nu este combustibil nuclear).

Care sunt utilizările reactoarelor nucleare?

● ● ● ● În centrale nuclearo-electrice: producție de căldură pentru generare de electricitate; producție de căldură pentru încălzire domestică și industrială; producție de hidrogen; la desalinare.

În propulsia nucleară: pentru propulsie nucleară marină; există propuneri pentru rachete termonucleare; există propuneri pentru rachete propulsate prin puls nuclear.

În transmutație de elemente: la producția de plutoniu, adesea pentru utilizarea în arme nucleare; la obținerea diverșilor izotopi radioactivi, cum ar fi americiu pentru detectorii de fum, respectiv cobalt-60, molibden-99 și alții, folosiți în medicină.

În cercetare: pentru asigurarea unei surse de radiație cu neutroni și pozitroni (cum ar fi pentru Analiza cu activare neutronică și Datarea cu potasiu-argon); pentru dezvoltarea de tehnologii neclare.

Care sunt măsurile de protectie in centrala nucleară?



In realizarea protectiei in centralele nucleare se urmaresc,in principal,urmatoarele aspecte:

-protectia directa a personalului impotriva radiatiilor emise in reactor si impotriva izotopilor radioactivi ce se formeaza -protectia impotriva contaminarii atmosferei si a terenurilor inconjuratoare cu substante radioactive atat la functionarea normala cat si in caz de avarie -protectia fata de radioactivitatea “deseurilor” rezultate,tratarea si depozitarea acestora



Protectia in centralele nucleare se realizeaza prin:

-inconjurarea reactorului cu un perete gros de beton sau fonta care absoarbe radiatiile alfa,beta si neutronii ce parasesc inima reactorului.

-instalatii de aer conditionat, filtre si sisteme de retinere a reziduurilor radioactive.

-amplasarea intregului reactor intr-o cladire din beton si otel.

-Depozitarea in locuri speciale a deseurilor rezultate.

Are sunt avantajele şi dezavantajele centralei nuclearoelectrice?

● ● ● ● ●

Avantaje Pe termen scurt

, energia nucleara obtinuta ● prin intermediul centralelor nucleare,este curata si sigura daca este asigurata si supravegheata(in standardele internationale) Folosețe combustibil relativ ieftin ● -sunt economice -sunt folosite in mai multe domenii de activitate care sunt foarte importante, cum ar fi industria chimica si medicina ● ● -pot fi folosite pe navele mari cu regim de mare autonomie de deplasare.

Dezavantaje Pe termen lung

(oricat de sigura ar fi centrala) se pune problema gestionarii deseurilor (gestionarea cuprinde:operatii de colectare, selectare manipulare,tratare,depozitare intermediara,conditionare si depozitare finala) -nu sunt sigure produc accidente catastrofale,considerate ca fiind adevarate dezastre nucleare -au efecte dure pe termen lung -costuri mari de constructie și revizie a componentelor centralei.

-Energia nucleara are un randament enorm:

Centrala Nuclearoelectrica(CNE) de la CERNAVODA are in componenta 5 unitati CANDU(CANada Deuteriu Uraniu), fiecare avand o putere de 600MW(functioneaza 2 reactoare)

Bibliografie

● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● http://www.scientia.ro/fizica/58-fizica-nucleara/304-fisiunea-si-fuziunea-nucleare.

html www.energianucleara.go.ro/ http://www.descopera.org/energia-nucleara-aplicatii-si-implicatii/ http://pen.cpea.ro/promovare.php http://www.Colorado.EDU/physics/2000/ind Cele mai grave accidente nucleare din istorie (GALERIE FOTO) – BusinessMagazin http://www.wall-street.ro/slideshow/International/116818/top-10-accidente-nucleare http://ro.wikipedia.org/wiki/Energie_nuclear%C4%83 http://referat.clopotel.ro/Energia_nucleara-13060.html

http://www.e-scoala.ro/fizica/energie.html

http://leferman.wikispaces.com/ http://fizica8.wikispaces.com