Química - Energia Nuclear

Introdução

As reações nucleares liberam uma quantidade enorme de energia (conhecida como energia nuclear), que está sendo usada para produzir eletricidade em uma usina nuclear.

A energia nuclear normalmente produzida por nuclear fission, nuclear fusion, e nuclear decay.
Em 1938, os químicos alemães Otto Hahn, Fritz Strassmann e a física austríaca Lise Meitner conduziram os experimentos em que os produtos do urânio bombardeado com nêutrons. Como resultado desse experimento, o nêutron relativamente pequeno dividiu o núcleo dos átomos massivos de urânio em duas partes aproximadamente iguais e liberou uma energia massiva.
Os experimentos nucleares de Otto Hahn e seus colegas são populares como fissão nuclear.

O processo de fissão nuclear produz nêutrons livres e fótons gama, enquanto isso também libera uma grande quantidade de energia.
A fissão nuclear é uma reação exotérmica, que pode liberar grandes quantidades de energia nas formas de radiação eletromagnética e também energia cinética.
A fissão nuclear, às vezes, pode ocorrer naturalmente (ou seja, sem bombardeio de nêutrons) como um tipo de decaimento radioativo.

A seguir estão os principais tipos de fissão nuclear -
- Chain Reaction and
- Fission Reaction

Vamos discuti-los em breve -

Quando uma única reação nuclear causa uma ou mais reações nucleares subsequentes, é conhecida como reação em cadeia.
Essa reação em cadeia aumenta a possibilidade de uma série de reações nucleares autopropagadas.
As reações em cadeia nuclear liberam milhões de vezes mais energia por reação do que qualquer outra reação química; portanto, também é conhecido como reação em cadeia explosiva ou não controlada.
Quando um átomo pesado experimenta a fissão nuclear, ele normalmente se divide em dois ou mais fragmentos de fissão. Durante o processo, vários nêutrons livres, raios gama e neutrinos são emitidos e, por fim, uma grande quantidade de energia é liberada.
A seguir estão os dois exemplos de reação em cadeia -
- ²³⁵ U + → fragmentos de fissão de nêutrons + 2,4 nêutrons + 192,9 MeV
- ²³⁵ Pu + → fragmentos de fissão de nêutrons + 2,9 nêutrons + 198,9 MeV
Na bomba atômica, a tecnologia de reação em cadeia é usada, pois exigia uma fonte consistente de energia.

A reação de fissão na qual nêutrons (produzidos pela fissão de átomos de combustível) são usados para induzir ainda mais fissão para a liberação de energia sustentável, é conhecida como reações de fissão.
Essas reações são lentas e controláveis; portanto, também conhecido como reação em cadeia controlada.
O reator nuclear de produção de energia (eletricidade) é um exemplo ideal de reação em cadeia controlada.
Com base nas propriedades e no tipo de uso, a fissão / reação em cadeia controlada é classificada como -
- Power reactors
- Research reactors
- Breeder reactors
Esses reatores de potência geralmente convertem a energia cinética dos produtos da fissão em calor; além disso, o calor é usado para aquecer um fluido de trabalho que aciona uma máquina de calor, que em última análise gera energia mecânica ou elétrica.

A seguir estão os componentes essenciais de um reator nuclear -
- Nuclear fuels- Tal como urânio ( ²³³ U, ²³⁵ U), tório (Th ²³² ), plutônio (Pu ²³⁹ ).
- Moderators- Usado para controlar os nêutrons emitidos. Por exemplo, água pesada, berílio, grafite, etc.
- Coolant- É usado para resfriar o reator. Por exemplo, água, vapor, hélio, CO ₂ , ar, metais fundidos, etc.
- Control rods- É usado para executar e interromper a reação de fissão. Por exemplo, bastões de cádmio ou boro são usados para esse fim.

O processo pelo qual dois núcleos leves se fundem para formar um núcleo pesado é conhecido como fusão nuclear; durante esse processo, uma enorme quantidade de energia está sendo liberada, conhecida como energia nuclear.
O melhor exemplo de fusão nuclear é - bomba de hidrogênio.
Uma bomba de hidrogênio é cerca de 1.000 vezes mais poderosa do que uma bomba atômica.