L'energia nuclear és l'energia interna que tenen els nuclis dels àtoms. En general, aquest concepte també es fa servir per referir-se a la manera d'aprofitar aquesta energia.
Els àtoms són les partícules més petites en què es pot dividir un material i estan formats per un nucli i un núvol d'electrons. El nucli atòmic, alhora, està compost per dues subpartícules (neutrons i protons) que es mantenen juntes a causa d'uns enllaços d'energia. Depenent de l'element químic, la creació o la destrucció d'aquests enllaços allibera una quantitat enorme d'energia en forma de calor.
La tecnologia nuclear ocupa l'aprofitament d'aquesta energia interna per a una gran varietat d'aplicacions. L'aplicació més coneguda de l'energia atòmica és la generació d'energia elèctrica a les centrals nuclears de potència.
Les centrals nuclears són instal·lacions on es genera energia tèrmica provocant reaccions nuclears al reactor nuclear. Posteriorment, lenergia tèrmica es converteix en energia elèctrica mitjançant transformacions termodinàmiques i mecàniques.
El principal avantatge de l'energia nuclear és que és una alternativa als combustibles fòssils. D'altra banda, els residus generats triguen milions d'anys a desaparèixer.
Com s'obté l'energia nuclear?
Per poder aprofitar l'energia nuclear present al nucli dels àtoms es pot fer de dues maneres: partint el nucli d'un àtom o fusionant el nucli de dos àtoms. En el primer cas en diem fissió nuclear i en el segon fusió nuclear.
Quan es produeix una d'aquestes dues reaccions físiques, els àtoms experimenten una lleugera pèrdua de massa. Aquesta massa que es perd es converteix en una gran quantitat d'energia calorífica com va descobrir l'Albert Einstein amb la famosa equació E=mc2.
Tècnica 1: Fissió nuclear
La fissió nuclear és una forma d'obtenir l'energia que conté un àtom mitjançant la divisió del nucli atòmic en diferents partícules més petites. Aquest tipus de reaccions generen una gran quantitat denergia calorífica que posteriorment es pot aprofitar de diferents formes.
Una de les característiques importants de la fissió nuclear és que es genera bombardejant un àtom inestable amb un neutró. Quan el nucli s'ha fissionat, a més de partícules un o dos neutrons més queden lliures que poden xocar contra altres àtoms generant una reacció en cadena.
Les partícules resultants es consideren combustible gastat que s'ha de substituir quan la proporció sigui massa alta i impedeix que els neutrons lliures trobin àtoms per fissionar.
Actualment la fissió nuclear és el tipus de reacció nuclear que es fa servir en tots els tipus de reactors nuclears de potència. La major part daquests reactors són reactors daigua lleugera.
Tècnica 2: Fusió nuclear
La fusió nuclear és el procés invers, és a dir, la fusió del nucli de dos àtoms. Per obtenir la fusió, cal sotmetre els nuclis dels àtoms a unes condicions de pressió i temperatura molt elevades. Mitjançant aquest tipus de reacció també s'obté una gran quantitat d'energia.
Tot i això, tècnicament encara no s'ha aconseguit fabricar reactors nuclears de potència viables per a la producció d'electricitat.
Aquesta tècnica presenta múltiples avantatges comparada amb la fissió:
-
És més sostenible per al medi ambient
-
Millor rendiment
-
Seria una font denergia renovable.
Un exemple d'energia nuclear de fusió és l'energia que produeix el Sol. Al nucli de l'estrella del nostre sistema solar es generen reaccions de fusió nuclear.
Per què serveix l'energia nuclear?
Un cop ja coneixem la definició d'energia nuclear podem entendre millor quines aplicacions se li pot donar. L´energia nuclear té una gran varietat d´aplicacions. Les aplicacions de l'energia nuclear més conegudes són la generació d'electricitat a les centrals nuclears de potència ia l'àmbit militar.
De tota manera, alguns reactors nuclears tenen la funció de generar radioisòtops per utilitzar-los en camp de la medicina, tractament de plagues, etc. A la medicina la radiació nuclear s'utilitza per realitzar radiografies o determinats tractaments radiològics.
A l'àmbit militar s'utilitza per crear armament i també per a la propulsió de vehicles. Els efectes que les armes nuclears poden tenir sobre la població són devastadors. A dia d'avui, la bomba atòmica només s'ha llançat dues vegades (sobre les ciutats de Nagasaki i Hiroshima durant la Segona Guerra Mundial). Tot i això, hi ha un gran nombre de tractats i acords per regular aquestes activitats.
Al camp militar, la tecnologia nuclear també s'utilitza per a la propulsió de vehicles i míssils pel fet que permet tenir una gran autonomia amb molt poc combustible.
Què és el combustible nuclear?
Quan parlem de combustible nuclear ens referim al material que es fa servir per generar les reaccions nuclears. Els reactors de fissió necessiten àtoms inestables que es puguin trencar amb facilitat.
L'urani és un element químic que es troba a la natura i que compleix aquestes condicions. No obstant això, perquè l'urani natural es pugui utilitzar com a combustible nuclear s'ha de sotmetre a un procés d'enriquiment que el converteix encara en més inestable i, per tant, més eficient per a les centrals nuclears.
Les reserves d'urani del planeta no es consideren il·limitades, per això l'energia nuclear no es considera una energia renovable com podria ser l'energia solar o eòlica.
En el cas de la fusió nuclear el material més òptim és el que té una estructura atòmica més simple, és a dir, menor nombre de protons. Ara com ara s'està treballant principalment amb dos isòtops d'hidrogen: el triti i el deuteri, el primer element de la taula periòdica.
