Fisiunea nucleara
Fisiunea se face prin absortia unui neutron de un nucleu greu de uraniu 235, în urma reactiei rezultând cesiu 140, rubidiu 93, 3 neutroni si 200 MeV sau 7.7x10-12 calorii. În cadrul unei reactii de fisiune nucleara este eliberata o cantitate de energie de 10 milioane de ori mai mare decât în cazul unei reactii chimice obisnuite. Energia eliberata de cantitatea de 1 Kg de uraniu 235 este de 18.7 milioane Kwh de caldura. Neutronii eliberati în urma reactiei reactioneaza cu alte nuclee de uraniu, în urma reactiei neutronii înmultindu-se. În urma acestui proces se formeaza o reactie sustinuta sau o reactie în lant care duce la o eliberarea continua de energie.
În mod natural uraniul contine 0,71 % uraniu 235, restul fiind uraniu 238. O masa de uraniu natural, oricât de mare, nu poate sustine o reactie în lant din cauza faptului ca numai uraniul 235 froduce usor fisiunea. Probabilitatea ca un neutron cu o energie de aproximativ 1 MeV sa produca fisiune este scazuta, dar probabilitatea poate fi crescuta de sute de ori când neutronul este încetinit printr-o serie de coliziuni elastice cu nuclee usoare ca hidrogen deuteriu sau carbon.
În decembrie 1942 fizicianul italian Enrico Fermi a reusit sa produca prima reactie nucleara în lant la Universitatea din Chicago. Acest lucru a fost reusit printr-o combinatie de uraniu natural si grafit natural, acesta având rolul de a încetini neutronii.
Energia nucleara se poate obtine prin fuziunea a doi nuclei usori în unul mai greu. Energia data de stele si de soare provine din reactii nucleare de fuziune din interiorul lor. În prezenta unei presiuni enorme si a unei temperaturi de peste 15 milioane ° C ce este în stele, nucleul de hidrogen se combina ca în ecuatia de mai jos, dând nastere la majoritatea energiei degajata de soare.
Fuziunea Nucleara
Fuziunea nucleara a fost realizata pentru prima data prin anii 1930 prin bombardarea unei tinte conttinând deuteriu, izotopul hidrogenului cu masa 2, cu deuteroni într-un ciclotron. Pentru a ccelera raza de deuteroni este necesara folosirea unei imense cantitati de energie, marea majoritate transformându-se în caldura. Din aceasta cauza fuziunea nu este o cale eficienta de a produce energie. În anii 1950 prima demonstratie la scara larga a eliberarii unei cantitati mari de energie în urma fiziunii, necontrolata a fost facuta cu ajutorul armelor termonucleare în SUA, URSS, Marea Britanie si Franta. Aceasta experienta a fost foarte scurta si nu aputut fi folosita la producerea de energie electrica.
În cadrul fisiunii, neutronul, care nu are sarcina electrica poate interactiona usor cu nucleul, în cazul fuziunii, nucleele au amândoua sarcina pozitiva si în mod natural nu pot interactiona pentru ca se resping conform legii lui Coulomb, lucru care trebuie contacarat. Acest lucru se poate face când temperatura gazului este suficient de mare 50-100 milioane ° C.
Într-un gaz de hidrogen greu izotopii deuteriu si tritiu la asa temperaturi are loc fuziunea nucleara, eliberându-se aproximativ 17,6 MeV pe element de fuziune.
Energia apare la început ca energie cinetica a lui heliu 4, dar este transformata repede în caldura. Daca densitatea de gaz este sufucienta, la aceste temperaturi trebuie sa fie de 10-5 atm, aproape vid, energia nucleului de heliu 4 poate fi transferata gazului de hidrogen, mentinându-se temperatura înalta si realizându-se o reactie în lant.
Problema de baza în atingerea fuziunii nucleare este caldura gazului si existenta unei cantitati suficiente de nuclee pentru un timp îndelungat pentru a permite eliberarea unei energii suficiente pentru a încalzi gazul. O alta problema este captarea energiei si convertirea în energie electrica. La o temperatura de 100.000 ° C toti atomii de hidrogen sunt ionizati, gazul fiind compus din nuclee încarcate pozitiv si electroni liberi încarcati negativ, stare numita plasma.
Plasma calda pentru fuziune nu se poate obtine din materiale obisnuite. Plasma s-ar raci foarte repede, si peretii vasului ar fi distrusi de caldura. Dar plasma poate fi controlata cu ajotorul magnetiilor urmând liniile de câmp magnetic stând departe de pereti.
În 1980 a fost realizat un astfel de dispozitiv, în timpul fuziunii temperatura fiind de 3 ori mai mare ca a soarelui.
O alta cale posibila de urmat este de a produce fiziune din deuteriu si tritiu pus într-o sfera mica de sticla care sa fie bombardata din mai multe locuri cu ul laser pulsând sau cu raze ionice grele. Acest procedeu produce o implozie a sferei de sticla, paroducandu-se o reactie termonucleara care aprinde carburantul.
Progresul în fuziunea nucleara este promitator dar înfaptuirea de sisteme practice de creare stabile de reactie de fuziune ...