|
|
|
Reactii nucleare
Reactia nucleara este procesul prin care doua particule sau sisteme de particule
interactioneaza prin forte nucleare si ansamblul se desface in mai multe
particule sau sisteme de particule
- produsii de reactie sunt particulele sau nucleele din starea finala
- reactia nucleara: a+X->Y+b unde
a: particula sau nucleul proiectil care este de obicei accelerat pentru a
produce reactia
X:nucleul tinta
Y:nucleul rezidual
b:particula sau nucleul mai usor rezultat din reactie
Notatia prescurtata: X(a,b)Y
- o reactie nucleara se poate produce numai daca sunt indeplinite o serie de
conditii
Legi de conservare in interactiunile nucleare
Legea conservarii energiei
Energia sistemelor va fi energia totala relativista: W=mc2=m0c2+Ec
Legea conservarii energiei totale relativiste: Wa+Wx=Wy+Wb
Deci:
Energia de reactie:
Legea conservarii impulsului
Legea conservarii sarcinii electrice
Suma sarcinilor electrice ale particulelor inainte de reactie este egala cu
suma sarcinilor electrice ale particulelor dupa reactie
Legea conservarii numarului de nucleoni
Legea dezintegrarii radioactive
N(t) - numarul de sisteme in stare excitata la momentul t
N0 - numarul de sisteme in stare excitata la momentul initial t=0
Viata medie a sistemului t = 1/P - inversul probabilitatii de tranzitie in
unitatea de timp
Timpul de injumatatire T1/2 - timpul dupa care se dezintegreaza jumatate
din numarul N0 de nuclee in stare metastabila
Fuziune si fisiune nucleara
Fuziunea nucleara a fost realizata pentru prima data prin anii 1930 prin bombardarea unei tinte conttinand deuteriu, izotopul hidrogenului cu masa 2, cu deuteroni intr-un ciclotron. Pentru a ccelera raza de deuteroni este necesara folosirea unei imense cantitati de energie, marea majoritate transformandu-se in caldura. Din aceasta cauza fuziunea nu este o cale eficienta de a produce energie. In anii 1950 prima demonstratie la scara larga a eliberarii unei cantitati mari de energie in urma fiziunii, necontrolata a fost facuta cu ajutorul armelor termonucleare in SUA, URSS, Marea Britanie si Franta. Aceasta experienta a fost foarte scurta si nu aputut fi folosita la producerea de energie electrica.
In cadrul fisiunii, neutronul, care nu are sarcina electrica poate interactiona usor cu nucleul, in cazul fuziunii, nucleele au amandoua sarcina pozitiva si in mod natural nu pot interactiona pentru ca se resping conform legii lui Coulomb, lucru care trebuie contacarat. Acest lucru se poate face cand temperatura gazului este suficient de mare 50-100 milioane ° C.
Intr-un gaz de hidrogen greu izotopii deuteriu si tritiu la asa temperaturi are loc fuziunea nucleara, eliberandu-se aproximativ 17,6 MeV pe element de fuziune.
Energia apare la inceput ca energie cinetica a lui heliu 4, dar este transformata repede in 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, mentinandu-se temperatura inalta si realizandu-se o reactie in lant.
Problema de baza in atingerea fuziunii nucleare este caldura gazului si existenta unei cantitati suficiente de nuclee pentru un timp indelungat pentru a permite eliberarea unei energii suficiente pentru a incalzi gazul.
O alta problema este captarea energiei si convertirea in energie electrica. La o temperatura de 100.000 ° C toti atomii de hidrogen sunt ionizati, gazul fiind compus din nuclee incarcate pozitiv si electroni liberi incarcati 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 urmand liniile de camp magnetic stand departe de pereti.
In 1980 a fost realizat un astfel de dispozitiv, in 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 intr-o sfera mica de sticla care sa fie bombardata din mai multe locuri cu ul laser pulsand sau cu raze ionice grele. Acest procedeu produce o implozie a sferei de sticla, paroducandu-se o reactie termonucleara care aprinde carburantul.
Progresul in fuziunea nucleara este promitator dar infaptuirea de sisteme practice de creare stabile de reactie de fuziune care sa produca mai multa energie decat consuma va mai lua ceva decenii pentru realizare. Activitatea de experimentare este scumpa. Totusi unele progrese sau obtinut in 1991 cand o cantitate importanta de energie (1,7 milioane W) a fost produsa cu ajutorul reactie de fuziune controlata in Laboratoarele JET din Finlanda. In 1993 cercetatorii de la Universitatea din Princeton au obtinut 5.6 milioane W. In ambele cazuri s-a consumat mai multa energie decat s-a creat.
Daca reactia de feziune devine practica ofera o serie de avantaje: o sursa de deuteriu aproape infinita din oceane, imposibilitatea de a produce accidente din cauza cantitatii mici de carburant, reziduriile nucleare sunt mai putin radioactive si mai simplu de manipulat.
