Lenergia atòmica és lenergia que manté unides les subpartícules dun àtom. Un àtom està format per tres sub partícules: neutrons, protons i electrons. Els neutrons i els protons formen el nucli i estan units per uns enllaços d'energia molt forts.
La unió o la destrucció d'aquests enllaços genera una enorme quantitat d'energia que es pot aprofitar de diverses maneres: electricitat, armes nuclears, propulsió de vehicles…
Sovint, quan ens referim a l'energia atòmica o nuclear, ens referim a l'energia obtinguda amb aquest origen.
El nom d'energia nuclear s'utilitza perquè la major part de l'energia d'un àtom resideix al nucli.
Hi ha dos tipus de reaccions nuclears que alliberen energia:
-
A les reaccions de fissió es trenca un àtom molt gran (amb molts protons i neutrons). Els àtoms d'urani són ideals perquè són molt grans i inestables.
-
A les reaccions de fusió l'objectiu és unir dos àtoms molt petits (per exemple, d'hidrogen). Aquestes reaccions també alliberen una gran quantitat denergia. Són més difícils d'aconseguir, però ofereixen molts avantatges.
Funcionament duna central nuclear
Les centrals atòmiques (o centrals nuclears) s'encarreguen d'obtenir l'energia atòmica del nucli dels àtoms per generar electricitat.
Totes les centrals atòmiques tenen un reactor nuclear. El reactor nuclear és l?encarregat de generar les reaccions de fissió dels àtoms.
Què són les reaccions de fissió? Són reaccions que divideixen el nucli dun àtom.
Aquestes reaccions atòmiques generen una gran quantitat denergia tèrmica. Gràcies a aquesta gran quantitat denergia sutilitza per generar vapor - o augmentar la pressió de laigua, depenent del tipus de reactor - per accionar una turbina.
La turbina va connectada a un alternador que és l?encarregat de generar electricitat.
Durant el procés l'energia pateix les transformacions següents:
-
Partim d'un àtom amb una gran quantitat d'energia nuclear que conté.
-
Obtenció denergia calorífica (mitjançant la fissió nuclear).
-
Obtenció denergia cinètica (en accionar les turbines).
-
Obtenció denergia elèctrica (mitjançant l alternador).
Hi ha molts tipus de centrals nuclears per a l'aprofitament de l'energia atòmica, però conceptualment totes funcionen mitjançant un procés similar: reacció nuclear per obtenir calor, accionar una turbina i transformar l'energia mecànica en electricitat.
Els reactors nuclears més habituals són:
-
Els reactors daigua a pressió (PWR)
-
Els reactors daigua en ebullició (BWR).
Fins ara, totes les centrals nuclears de potència del món són de fissió.
Reactors atòmics de recerca
Un reactor de recerca és un reactor nuclear que s'utilitza amb finalitats científiques. Aquests reactors són la clau per al desenvolupament i evolució de la tecnologia nuclear.
Els reactors de recerca tenen menys potència que els reactors nuclears utilitzats per a altres fins. Un reactor típic d'una planta nuclear té una capacitat tèrmica de 3000 MW (megawatts), mentre que els reactors de recerca tenen una capacitat d'entre 10 quilowatts i 10 megawatts.
En comparació amb els reactors convencionals, els reactors de recerca són:
-
Més simples.
-
Funcionen a temperatures més baixes.
-
Necessiten menys combustible i, per tant, generen menys combustible gastat.
El combustible utilitzat en aquest tipus de reactors sol ser urani més enriquit, normalment fins a un 20% d'urani-235. Alguns reactors utilitzen un 93% d'urani-235.
La gran relació de volum i potència al nucli requereix tècniques especials en el seu disseny. Igual que amb altres reactors, el nucli necessita refredament. Generalment es refrigeren mitjançant convecció natural o forçada amb aigua.
També es fa servir un moderador de neutrons per alentir els neutrons i controlar les reaccions atòmiques en cadena que es produeixen.
Combustible nuclear
Per desencadenar les reaccions atòmiques, no tots els àtoms són aptes tècnicament.
Combustible per als reactors de fissió: urani i plutoni
En el cas de les reaccions de fissió nuclear calen àtoms molt grans (amb molts protons i neutrons) perquè són molt inestables. Els àtoms d'urani i plutoni compleixen aquestes condicions.
Els àtoms d'urani i plutoni poden tenir diferents configuracions. Aquestes configuracions depenen del nombre de neutrons que tenen al nucli. Cadascuna d'aquestes configuracions és un isòtop diferent del mateix àtom.
L'urani es pot obtenir de manera natural. L'urani natural es troba amb una composició d'isòtops d'urani alguns (pocs) molt inestables. Per millorar el rendiment se sotmet l'urani natural a un procés d'enriquiment per obtenir una proporció més gran de neutrons que el converteixi en menys estable.
Combustible per als reactors de fusió: deuteri i triti.
D'altra banda, en la fusió nuclear es necessiten àtoms molt petits perquè sigui més senzill formar els enllaços de força que els uniran.
L'àtom ideal és el més petit de tots: l'hidrogen, que només té un protó.
Com l'urani, l'hidrogen té diversos isòtops. Els que són més aptes per a les reaccions de fusió atòmica són el deuteri i el triti.
Actualment, no hi ha cap central nuclear que faci servir la fusió nuclear per motius tècnics. A França, però, s'està construint un reactor nuclear de recerca per aconseguir-ho: és el projecte ITER.
Avantatges i inconvenients de lenergia atòmica
L'ús de l'energia atòmica implica avantatges i inconvenients.
Avantatges
-
L'energia atòmica permet obtenir una gran quantitat d'energia amb poc combustible.
-
No depèn dels combustibles fòssils. Això vol dir que no emet gasos amb efecte d'hivernacle i no contribueix a l'escalfament global. Per tant, no afecta negativament el canvi climàtic.
Inconvenients
-
El combustible gastat continua sent radioactiu i és molt difícil de gestionar.
-
La radioactivitat dels residus nuclears perdura durant desenes d'anys.
-
Hi ha la possibilitat d'accidents nuclears. Tot i que els sistemes de seguretat de les centrals atòmiques són molt avançats, sempre hi ha la possibilitat de patir algun accident nuclear. Els desastres nuclears són poc freqüents però molt perjudicials com ho van ser els accidents nuclears de Chernobyl i Fukushima.
