Energia nuclear

De Viquipèdia

L'energia nuclear és l'aprofitament de la capacitat que tenen alguns isòtops de certs elements químics per experimentar reaccions nuclears i emetre energia en la transformació. Una reacció nuclear consisteix en la modificació de la composició del nucli atòmic d'un element, que podria mutar i passar a ser altre element com a conseqüència del procés. Aquest procés es dóna espontàniament entre alguns elements i en ocasions pot provocar-se i moderar-se mitjançant tècniques com ara el bombardeig neutrònic.

Existeixen dues formes d'aprofitar l'energia nuclear per a convertir-la en calor, la fissió nuclear, en la qual un nucli atòmic se subdivideix en dos o més grups de partícules i la fusió nuclear, en la qual almenys dos nuclis atòmics s'uneixen per a donar lloc a altre diferent.

[edita] La fórmula de masses

El físic alemany Carl Friedrich von Weizsäcker va confeccionar una fòrmula semiempírica de l'energia nuclear de lligam per a cada nucli segons el nombre de protons (Z), de neutrons (N) i de nucleons (A), suma de protons i neutrons, que conté. La fòrmula és semiempírica ja que, si bé la seva estructura té un raonament basat en les diferents interaccions entre els nucleons (protons i neutrons), els coeficients de cada terme son una estimació a partir de les dades experimentals de diferents nuclis.

E/A=a -b/A^{1/3} -c Z^2/A^{4/3} -d (N-Z)^2/A^2 \pm e/A^{7/4}

  • El terme a respon a l'energia de volum
  • El terme b / A1 / 3 respon a la tensió superficial
  • El terme cZ2 / A4 / 3 respon a la repulsió electrostàtica de Coulomb
  • El terme d(NZ)2 / A2 respon a la simetria neutrons/protons
  • El terme \pm e/A^{7/4} respon a la paritat (+ per valors parells, - per a senars)

Amb aquesta fórmula és fàcil deduir que l'energia per nucleó és més òptima per al ferro, de forma que si donem la suficient energia d'activació (col.lisió de nuclis lleugers, bombardeig amb neutrons de nuclis pesants) tant els nuclis més lleugers com més pesants poden patir reaccions nuclears que els portin cap a l'estructura nuclear del ferro. De fet, a les estrelles es produeixen reaccions de fusió des de nuclis lleugers cap al ferro. Una vegada que tots els nuclis són de ferro, si la massa a l'estrella supera el Límit de Chandrasekhar aquesta pot transformar-se amb el col·lapse gravitacional en una estrella de neutrons o un forat negre, després de patir una explosió de supernova en el seu col·lapse)

Energia de lligam per nucleó

[edita] Aplicacions

La fissió nuclear de l'Urani a un reactor nuclear és la principal aplicació pràctica civil de l'energia nuclear, i s'empra en centenars de centrals nuclears en tot el món, a països com França, Japó, Estats Units, Alemanya, Suècia, Espanya, Xina, Rússia, Corea del Nord, Pakistan o l'Índia.

Les bombes nuclears es fonamenten en una reacció de fissió explosiva i es van emprar per primera vegada en Hiroshima i Nagasaki , durant la Segona Guerra Mundial. Les bombes termonuclears són més potents i es fonamenten en reaccions de fusió d'hidrogen activades per una reacció prèvia de fissió.

L'ús pacífic o civil de la fusió en un reactor nuclear està en fase experimental, i hi ha dubtes sobre la seva viabilitat tècnica i econòmica.

[edita] Enllaços externs