fisiunea nucleara

5/16/2018 fisiunea nucleara - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/fisiunea-nucleara-55ab5a0281558 1/22

Bajinaru Mihai

Dragulin FlorinaRosu Rares

FISIUNEA NUCLEARA



• Scurt Istoric;

• Aspecte fizice;

• Fisiune spontană și fisiunea indusă; reacții în lanț;

• Reactoare de fisiune.



SCURT ISTORIC

• 1934 -Enrico Fermi și colegii lui studiaza pentru prima data

rezultatele bombardării

uraniului cu neutroni, insa nu aufost interpretate corect decât

după mulți ani mai târziu.



1939

• Descoperirea importantă a lui Otto Hahn și Frizz Strassmann din Germania(publicată în Naturwissenschaften la începutul lui Ianuarie 1939) care ademonstrat că un izotop de bariu a fost produs prin bombardareauraniului. Bohr a promis să păstreze secretă interpretarea Meitner/Frsch

până la publicarea lucrării lor, pentru păstrarea priorității, dar la bordulvaporului a discutat această problemă cu Léon Rosenfeld uitând să -l roages-o păstreze secretă. Rosenfeld, imediat după părăsirea vaporului a vorbitdespre această descoperire tuturor celor de la Princeton University, și dela aceștia știrea s-a răspândit în lumea fizicienilor, ajungând inclusiv la

Enrico Fermi la Columbia University. După unele discuții între Fermi, JohnR. Dunning și G.B. Pegram, la Columbia University s-a realizat unexperiment de ionizare cu puls de putere de la care se aștepta obținereaunor fragmente de nuclee de uraniu.



• 1943

Chiar înainte ca danezul Niesl Bohr să părăsească Danemarca (labordul unei vapor), doi dintre colegii săi, Otto Robert Frisch și Lise

Meitner (amândoi refugiați din Germania) i-au comunicat bănuiala căabsorbția neutronului de nucleul de uraniu conduce uneori laspargerea nucleului în părți aproximativ egale și eliberarea unei

enorme cantități de energie, proces pe care ei l-au botezat „fisiunenucleară” (asemănător fisiunii/divizării celulelor vii din biologie).



După descoperirea fisiunii elementelor grele,indusă de neutroni, s-au publicat numeroasearticole senzaționale pe subiectul reacțiilor nucleare în lanț. Înaintea terminării conferințeidin Washington, au fost inițiate mai multeexperimente de confirmare a fisiunii, rezultatepozitive fiind raportate de patru laboratoare(Columbia University, Carnegie Institution of Washington, Johns Hopkins University,University of California) pe 15 Februarie 1939 în Physical Review. În același timp Bohr aauzit că experimente similare au fost făcute înCopenhaga în jurul datei de 15 Ianuarie(Lucrarea lui Frisch trimisă revistei Nature estedatată 16 Ianuarie 1939 și a apărut în număruldin 18 Februarie). La Paris, Frédéric Joliot apublicat de asemenea primele sale rezultate înComptes Rendus din 30 Ianuarie 1939. Din

acest moment lucrările pe subiectul fisiuniis-au înmulțit astfel încât în Decembrie 1939numărul acestora ajunsese deja la o sută.



• Tinta majoră a primelor cercetări de fisiune a fost producerea unei reacții nucleare în lanț controlată, care ar fi condus la realizarea unei prime centrale nuclearo-electrice. Aceasta acondus la construirea lui Chicago Pile-1, primul reactor nuclear cu fisiune critică din lume realizatde om (care a folosit uraniu, singurul combustibil nuclear disponibil în cantități utile) și la proiectulManhattan destinat dezvoltării armelor nucleare.

• Producerea în lanț a reacției de fisiune folosind uraniu drept combustibil nuclear este departe de afi un lucru ușor. Vechile reactoare nucleare nu au folosit uraniu îmbogățit și, prin urmare, a fostnecesară utilizarea unei cantități mari de grafit purificat pe post de material moderator de neutroni.Folosirea apei ușoare (în opoziție cu apa grea) într -un reactor nuclear presupune utilizarea decombustibil îmbogățit (obținut prin creșterea conținutului mai rar răspânditului izotop 235U din

minereul natural conținând cu precădere izotopul 238U). În mod normal, reactoarele presupunincluderea, pe post de moderator de neutroni, a materialelor extrem de pure chimic cum ar fideuteriu (în apa grea), heliu, beriliu sau carbon sub formă de grafit. (Înalta puritate este cerutădeoarece multe impurități chimice, cum ar fi borul, sunt absorbanți puternici de neutroni și, astfel, oadevărată „otravă” pentru reacția în lanț).

•

Mai urma să fie rezolvată problema producerii unor astfel de materiale la scară industrială. Până în1940, cantitatea de uraniu metalic produsă în SUA a fost de câteva grame și acestea de o puritatenesigură; la fel: câteva kilograme de beriliu metalic, câteva kilograme de apă grea și nici ocantitate de carbon cu puritatea cerută de un moderator.



• Problema producerii în cantități mari a uraniului de puritate înaltă a fost

rezolvată deFrank Spedding folosind procese thermit (oxidarea

aluminiului metalic). În 1942 Ames Laboratory a reușit să producă ocantitate mare de uraniu natural (neîmbogățit) ce ar fi urmat să fie folosit încercetările următoare. Succesul cu Chicago Pile-1 care folosea uraniunatural, la fel ca toate „pilele” atomice care produceau plutoniu pentrubomba atomică, se datorau de asemenea rezultatelor lui Szilard cobform

cărora grafitul foarte pur poate fi folosit ca moderator în „pilele” cu uraniunatural. În timpul celui de al doilea război mondial, în Germania,neîncrederea în calitățile grafitului foarte pur a condus la proiectarea unuireactor depinzând de apa grea, produsă în Norvegia, dar „interzisă”germanilor în urma atacurilor distrugătoare ale aliaților. Aceste dificultăți i -

au împiedicat pe naziști să construiască un reactor în timpul războiului.



• Desi omenirea a imblanzit recentputerea nucleara, primelereactoare nucleare au aparut inmod natural. Cincisprezecereactoare de fisiune naturale aufost gasite in trei depozite separatede minereu la mina Oklo dinGabon, in vestul Africii.Descoperite pentru prima data deFrancis Perrin, acestea suntnumite ca “Reactoarele FosileOklo”. Aceste reactoarefunctioneaza de aproximativ 150milioane de ani, avand o puteremedie de 100 kW. De asemenea,emisia de caldura, lumina si radiatii

de la stele se bazeaza pe fuziuneanucleara. Conceptul unui reactor nuclear natural a fost teoretizatinca din 1956 de Paul Kurola laUniversity of Arkansas.



REACTOARE DE FISIUNE

Reactoare de fisiune critică:

• cel mai comun tip de reactor nuclear;

• neutronii produși de fisionarea atomilor combustibilului sunt folositi pentru a induce,încontinuare,alte fisiuni și pt a menține controlul

asupra cantității de energie eliberată. Reactoare de fisiune subcritică:

• nu produc fisiuni auto întreținute;

• pentru declanșarea acestor fisiuni se folosesc

dezintegrările radioactive sau acceleratoare departicule.



REACTOARELE DE PUTERE• Sunt reactoare gândite să producă

căldură, indiferent dacă ele facparte din centrale terestre sau dinsistemele de putere de pe vapoareși submarine nucleare;

• Convertesc energia cinetică aprodușilor de fisiune în căldurăutilizată la încălzirea unui fluid delucru care, la rândul său, este trecutprintr-un motor termic ce genereazăenergie (putere) mecanică sauelectrică. Fluidul de lucru este înmod uzual apa într-o turbină cuaburi, dar unele reactoare folosescalte materiale cum ar fi heliu.



REACTOARELE DE CERCETARE• Sunt gândite să producă

neutroni și/sau săactiveze surseradioactive destinate

cercetărilor științifice,medicale, inginerești;

• Produc neutroni caresunt folosiți în diferite

moduri, căldura defisiune fiind tratată ca undeșeu inevitabil.



REACTOARELE REPRODUCĂTOARE • Sunt gândite să producă

combustibili nucleari în masăplecând de la alți izotopi maiabundenți. Cel mai cunoscutreactor de acest tipcreează 239Pu (combustibil

nuclear) din izotopul naturalfoarte abundent 238U (nu estecombustibil nuclear);

• Sunt specializate dinreactoarele de cercetare cu

mențiunea că materialul ceurmează a fi iradiat estecombustibilul însuși (unamestec de 238U și 235U).



APLICATII ALE FISIUNII NUCLEARE În centrale nuclearo-electrice:

1. productie de caldura pentru generare de electricitate;

2. productie de caldura pentru incalzire domestica si industriala;

3. productie de hidrogen;

În propulsia nucleara:

1. pentru propulsie nucleara marina;

2. exista propuneri pentru rachete termonucleare și rachete propulsate prin puls nuclear.

În transmutatie de elemente:

1. la productia de plutoniu, adesea pentru utilizarea in arme nucleare;

2. la obtinerea divertilor izotopi radioactivi, cum ar fi americiu pentru detectorii de fum, respectivcobalt-60, molibden-99 si altii, folositi in medicina.

În cercetare:

1. pentru asigurarea unei surse de radiatie cu neutroni si pozitroni (cum ar fi pentru Analiza cuactivare neutronica si Datarea cu potasiu-argon);

2. pentru dezvoltarea de tehnologii neclare.



SUBMARINE NUCLEARE• O revolutie in constructia de submarine a avut loc

in 1955. Flota Militara SUA a lansat USS Nautilus

– primul submarin cu propulsie nucleara. Actionatde o bucata de uraniu, de marimea unei mingi degolf, intr-un reactor nuclear. Nautilus puteaparcurge peste 110000 km in doi ani, fara a trebuirealimentat.

• Reactorul unui submarin nuclear produce caldura

prin fisiunea nucleelor. Prin acest proces se dividnucleele atomice, eliberand cantitati mari decaldura. Un lichid de racire extrage caldura dinreactor si o transfera la apa dintr-un boiler. Apafierbe, generand aburi, trecuti apoi in turbinele depropulsie principale si in turbine legate la

generatoare electrice. Caldura transforma apa inaburi. Apoi, aburii rotesc turbinele careactioneaza elicele.Submarinele cu propulsie nucleara sunt foartecostisitoare si doar flotele militare ale celor maibogate tari si le pot permite.



• Submarinele nucleare vanatoare-distrugatoare,cunoscute ca SSN-uri, se folosesc la urmarirea si ladistrugerea navelor si a submarinelor inamice. Elesunt dotate cu sonar sensibil pentru a detecta“semnatura sonora” unica, un sunet de identificare,

a unui vas inamic. Operatorii de sonar priceputi potsa identifice multe vase pur si simplu dupa tipul dezgomot pe care il fac. Acesta este in mare partedeterminat de viteza cu care se roteste elicea si denumarul de pale pe care il are aceasta. Indiferentcat de silentios ar fi un submarin, de obicei, elpoate fi detectat prin folosirea unui sistem sonor activ. Acesta transmite unde sonore prin apa sireceptioneaza ecourile, inclusiv pe cele provocatede submarine. SSN-ul rusesc clasa Alfa, cunoscutsub numele de “pestisorul auriu”, se poate scufundala 700 m si poate sa atinga o viteza maxima de 110km/h. Pe vremea Razboiului Rece dintre SUA sifosta Uniune Sovietica, ambele tari si-au construitflote mari de submarine vanatoare-distrugatoare cuscopul si rezistenta de a astepta langa porturileterminale ale inamicului si de a-si urmari prada inzonele de patrulare oceanice.

Submarinele balistice care sunt cele mai



• Submarinele balistice, care sunt cele maimari submarine cu propulsie nuclearasunt cele concepute pentru aruncareaproiectilelor balistice cu raza mare deactiune, purtand focoase nucleare.Aceste vase, cunoscute ca SSBN-uri, potlansa proiectile pe sub apa, pentru a lovitinte la mii de kilometri departare. SSBN-uri se afla in functiune in SUA, Rusia,Marea Britanie, Franta si China.Capacitatea SSBN-urilor de a evitadetectarea, ramanand sub apa luni intregi

daca este necesar, la protejeaza deatacul nuclear – un mare avantaj fata depunctele de lansare a proiectilelor peuscat. Daca un inamic lanseaza un ataccu arme nucleare, SSBN-urile potcontraataca devastator. Aceasta le face

foarte eficiente in tinerea la distanta ainamicilor. SSBN-urile include cele maimari submarine din lume – clasa Typhoonruseasca, lunga de 170 m.



PROPULSIE NUCLEARA SPATIALA• Studierea propulsiei nucleare in spatiu a inceput in

1959 la NASA si a fost sprijinit de Atomic Energy

Commission. Planul s-a numit NERVA si a fostabandonat in 1972. Intre 1959 si 1972 se apreciaza caNerva a cheltuit aprox. 7 miliarde $. Au fost construite20 de motoare de racheta propulsate de energianucleara.Testele si constructia au avut loc in Nevada. Motoarele

cu propulsie nucleara au fot testate in aer liber si auavut o putere intre 50.000 – 250.000 de cai putere. Cao comparatie, un motor cu combustie chimica daaprox.400.000 de cai putere.Spre deosebire de combustia chimica in carehidrogenul este ars pentru a produce jetul de

propulsie, in motoarele atomice energia produsa defisiunea uraniului este folosita pentru incalzireahidrogenului care apoi este aruncat prin duze pentru aproduce energia de propulsie. Totul este mult maieficient si pentru aceasi distanta se foloseste numai jumatate din cantitatea de hidrogen care ar fi arsa de

un motor traditional de racheta.

fisiunea nucleara

Documents

Transcript of fisiunea nucleara