Os princípios da fissão nuclear

fissão nuclear ocorre quando um isótopo maior se divide em dois ou mais elementos. Os cientistas costumam realizar essa tarefa (para algumas reações nucleares controladas) bombardeando um grande isótopo com um segundo, um menor - geralmente um nêutron. A colisão resulta em fissão nuclear.

A fissão nuclear do urânio-235 é mostrada na seguinte equação:

As reacções deste tipo também liberta uma grande quantidade de energia. Onde é que a energia vem? Se você fizer muito medição precisa das massas de todos os átomos e partículas subatômicas que você começar e todos os átomos e partículas subatômicas você acabar com, e então comparar os dois, você achar que há alguma # 147 desaparecidos # 148- massa.

Matéria desaparece durante a reacção nuclear. Esta perda de massa é chamado o defeito de massa. A matéria em falta é convertida em energia. Você pode realmente calcular a quantidade de energia produzida durante uma reação nuclear com uma equação bastante simples desenvolvido por Einstein:

Nesta equação, E representa a quantidade de energia produzida, m é o # 147 ausente # 148- massa ou o defeito de massa, e c é a velocidade da luz, que é um número bastante grande. A velocidade da luz é elevado ao quadrado, fazendo aquela parte da equação um muito grande número de que, mesmo quando multiplicado por uma pequena quantidade de massa, produz uma grande quantidade de energia.

reações em cadeia e massa crítica

Na equação para a fissão de U-235, notar que um neutrão foi usado, mas foram produzidos três. Estes três nêutrons, se eles encontram outros U-235 átomos, pode iniciar outras fissões, produzindo ainda mais nêutrons. Em termos de química nuclear, é uma cascata contínua de fissões nucleares chamado de reação em cadeia. A reacção em cadeia de U-235 é mostrado na figura a seguir.

Esta reacção em cadeia depende da libertação de neutrões mais do que foram usadas durante a reacção nuclear. Se você fosse escrever a equação para a fissão nuclear do U-238, o isótopo mais abundante do urânio, você usaria um nêutron e só tem uma volta para fora. Você não pode ter uma reação em cadeia com U-238.

Mas isótopos que produzem um excesso de neutrões de fissão em seu suporte a uma reacção em cadeia. Este tipo de isótopo é dito ser físsil, e há apenas dois principais isótopos físseis usados ​​durante reações nucleares - o urânio-235 e plutônio-239.

A quantidade mínima de material físsil necessário para assegurar que uma reacção em cadeia ocorre é o chamado massa crítica. Qualquer coisa menos do que esse valor é chamado subcritical.

bombas atômicas

Por causa da enorme quantidade de energia liberada em uma reação em cadeia de fissão, as implicações militares das reações nucleares foram imediatamente realizada. A primeira bomba atómica foi lançada sobre Hiroshima, no Japão, em 06 de agosto de 1945.

Em uma bomba atômica, dois pedaços de um isótopo físsil são mantidos separados. Cada peça, por si só, é subcrítico. Quando é hora de a bomba explodir, explosivos convencionais forçar os dois pedaços juntos para fazer com que uma massa crítica. A reação em cadeia é descontrolada, liberando uma tremenda quantidade de energia quase instantaneamente.

Central nuclear

O segredo para controlar uma reação em cadeia é controlar os nêutrons. Se os neutrões pode ser controlada, em seguida, a energia pode ser libertada de uma forma controlada. Isso é o que os cientistas têm feito com usinas nucleares.

Em muitos aspectos, uma usina nuclear é semelhante a uma central energética do combustível fóssil convencional. Neste tipo de planta, um combustível fóssil (carvão, óleo, gás natural) é queimado e o calor é usada para ferver a água, o que, por sua vez, é utilizada para fazer vapor. O vapor é então utilizado para transformar uma turbina que é acoplado a um gerador que produz electricidade.

A grande diferença entre uma usina convencional e uma usina de energia nuclear é de que a usina de energia nuclear produz calor através de reações em cadeia de fissão nuclear.

reactores reprodutores: Fazendo coisas mais nuclear

Além do isótopo U-235 do urânio, o outro isótopo físsil usado, plutónio-239 (Pu-239), é muito raro na natureza. Mas há uma maneira de fazer Pu-239 do U-238 em um reator de fissão especial chamado reator regenerador.

O urânio-238 é primeiro bombardeados com um nêutron para produzir U-239, que decai para Pu-239. O processo é mostrado na figura a seguir.

reactores reprodutores pode estender o fornecimento de combustíveis físseis para muitos, muitos anos, e eles estão sendo usados ​​atualmente na França. Mas os Estados Unidos está se movendo lentamente, com a construção de reatores por causa de vários problemas associados a eles:

• Em primeiro lugar, eles são extremamente caros de construir.

• Em segundo lugar, produzem grandes quantidades de resíduos nucleares.

• E, finalmente, o plutónio, que é produzida é muito mais perigosos de manusear do que o urânio e pode ser facilmente usado em uma bomba atómica.