L'energia atòmica és l'energia que manté unides les subpartícules d'un àtom. Un àtom està format per tres sub partícules: neutrons, protons i electrons. Els neutrons i protons formen el nucli i estan units per uns enllaços d'energia molt forts.
La unió o destrucció d'aquests enllaços genera una enorme quantitat d'energia que es pot aprofitar de diverses formes: 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 pel fet que la major part de l'energia d'un àtom resideix en el seu nucli.
Hi ha dos tipus de reaccions nuclears que alliberen energia:
En 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.
En les reaccions de fusió l'objectiu és unir dos àtoms molt petits (per exemple, d'hidrogen). Aquestes reaccions també alliberen una gran quantitat d'energia. Són més difícils d'aconseguir però ofereixen molts avantatges.
Com funciona una 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 disposen d'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 d'un àtom.
Aquestes reaccions atòmiques generen una gran quantitat d'energia tèrmica. Gràcies a aquesta gran quantitat d'energia s'utilitza per generar vapor - o augmentar la pressió de l'aigua, 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 següents transformacions:
Partim d'un àtom amb una gran quantitat d'energia nuclear continguda en ell.
Obtenció d' energia calorífica (mitjançant la fissió nuclear).
Obtenció d'energia cinètica (a l'accionar les turbines).
Obtenció d'energia 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 d'aigua a pressió (PWR)
Els reactors d'aigua en ebullició (BWR).
Actualment, totes les centrals nuclears de potència del món són de fissió.
Què són els reactors d'investigació?
Un reactor d'investigació és un reactor nuclear que s'utilitza amb finalitats científiques. Aquests reactors són la clau per al desenvolupament i l'evolució de la tecnologia nuclear.
Els reactors de recerca tenen menys potència que els reactors nuclears utilitzats per a altres finalitats. 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 en el nucli requereix tècniques especials en el seu disseny. A l'igual que amb altres reactors, el nucli necessita refredament. Generalment es refrigeren mitjançant convecció natural o forçada amb aigua.
També s'utilitza 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 es necessiten àtoms molt grans (amb molts protons i neutrons) perquè són molt inestables. Els àtoms d'urani i plutoni compleixen amb aquestes condicions.
Els àtoms d'urani i plutoni poden tenir diferents configuracions. Aquestes configuracions depenen del nombre de neutrons que tenen en el nucli. Cadascuna d'aquestes configuracions és un isòtop diferent del mateix àtom.
L'urani es pot obtenir de forma natural. L'urani natural es troba amb una composició d' isòtops d'urani alguns d'ells (pocs) molt inestables. Per millorar el rendiment se sotmet l'urani natural a un procés d'enriquiment per obtenir una major proporció de neutrons que el faci 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 han d'unir.
L'àtom ideal és el més petit de tots: l'hidrogen, que només té un protó.
A l'igual que l'urani, l'hidrogen té diversos isòtops. Els més adecuats per a les reaccions de fusió atòmica són el deuteri i el triti.
Actualment, no hi ha cap central nuclear que utilitzi la fusió nuclear per motius tècnics. No obstant això, a França s'està construint un reactor nuclear d'investigació per aconseguir-ho: és el projecte ITER.
Quins són els avantatges i inconvenients de l'energia 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 d'efecte 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 desastre atòmic. Els desastres nuclears són poc freqüents però molt perjudicials com ho van ser els accidents nuclears de Txernòbil i Fukushima.
