Chimica - Energia nucleare

introduzione

Le reazioni nucleari rilasciano un'enorme quantità di energia (nota come energia nucleare), che viene utilizzata per produrre elettricità in una centrale nucleare.

L'energia nucleare normalmente prodotta da nuclear fission, nuclear fusion, e nuclear decay.
Nel 1938, i chimici tedeschi Otto Hahn, Fritz Strassmann e il fisico austriaco Lise Meitner condussero gli esperimenti in cui i prodotti dell'uranio bombardato da neutroni. Come risultato di questo esperimento, il neutrone relativamente piccolo ha diviso il nucleo dei massicci atomi di uranio in due pezzi più o meno uguali e ha rilasciato un'enorme energia.
Gli esperimenti nucleari di Otto Hahn e dei suoi colleghi sono popolari come fissione nucleare.

Il processo di fissione nucleare produce neutroni liberi e fotoni gamma, mentre facendo ciò rilascia anche una grande quantità di energia.
La fissione nucleare è una reazione esotermica, che può rilasciare grandi quantità di energia sotto forma di radiazione elettromagnetica e energia cinetica.
La fissione nucleare, a volte, può avvenire naturalmente (cioè senza bombardamento di neutroni) come un tipo di decadimento radioattivo.

Di seguito sono riportati i principali tipi di fissione nucleare:
- Chain Reaction and
- Fission Reaction

Discutiamoli in breve -

Quando una singola reazione nucleare provoca una o più reazioni nucleari successive, è nota come reazione a catena.
Tale reazione a catena aumenta la possibilità di una serie di reazioni nucleari che si auto-propagano.
Le reazioni nucleari a catena rilasciano milioni di volte più energia per reazione rispetto a qualsiasi altra reazione chimica; pertanto, è anche noto come reazione a catena esplosiva o incontrollata.
Quando un atomo pesante sperimenta la fissione nucleare, normalmente si rompe in due o più frammenti di fissione. Durante il processo, vengono emessi diversi neutroni liberi, raggi gamma e neutrini e alla fine viene rilasciata una grande quantità di energia.
Di seguito sono riportati i due esempi di reazione a catena:
- ²³⁵ U + → frammenti di fissione neutronica + 2,4 neutroni + 192,9 MeV
- ²³⁵ Pu + → frammenti di fissione neutronica + 2,9 neutroni + 198,9 MeV
Nella bomba atomica viene utilizzata la tecnologia della reazione a catena, poiché richiedeva una fonte di energia costante.

La reazione di fissione in cui i neutroni (prodotti dalla fissione di atomi di carburante) vengono utilizzati per indurre ancora più fissione per il rilascio di energia sostenibile, è nota come reazioni di fissione.
Tali reazioni sono lente e controllabili; pertanto, noto anche come reazione a catena controllata.
Il reattore nucleare che produce energia (elettricità) è un esempio ideale di reazione a catena controllata.
In base alle proprietà e al tipo di utilizzo, la fissione / reazione a catena controllata è classificata come:
- Power reactors
- Research reactors
- Breeder reactors
Questi reattori di potenza generalmente convertono l'energia cinetica dei prodotti di fissione in calore; inoltre, il calore viene utilizzato per riscaldare un fluido di lavoro che aziona un motore termico, che alla fine genera energia meccanica o elettrica.

Di seguito sono riportati i componenti essenziali di un reattore nucleare:
- Nuclear fuels- Come l'uranio ( ²³³ U, ²³⁵ U), il torio (Th ²³² ), il plutonio (Pu ²³⁹ ).
- Moderators- Usato per controllare i neutroni emessi. Ad esempio acqua pesante, berillio, grafite, ecc.
- Coolant- Serve per raffreddare il reattore. Ad esempio acqua, vapore, elio, CO ₂ , aria, metalli fusi, ecc.
- Control rods- Viene utilizzato per avviare e arrestare la reazione di fissione. Ad esempio, vengono utilizzate barre di cadmio o boro a tale scopo.

Il processo mediante il quale due nuclei leggeri vengono fusi per formare un nucleo pesante è noto come fusione nucleare; durante questo processo, viene rilasciata un'enorme quantità di energia nota come energia nucleare.
Il miglior esempio di fusione nucleare è: bomba all'idrogeno.
Una bomba all'idrogeno è circa 1.000 volte più potente di una bomba atomica.