El camp de lenergia nuclear és vast i complex, abastant una àmplia gamma de conceptes tècnics i aplicacions. Aquest article ofereix un petit glossari de conceptes bàsics amb definicions clares i concises de termes clau relacionats amb l'energia nuclear.
Des dels processos fonamentals de fissió i fusió fins als conceptes associats amb la seguretat, la gestió de residus i les aplicacions pràctiques, cada terme està explicat per oferir una base sòlida de coneixement.
Què és lenergia nuclear?
L'energia nuclear és una manera d'obtenir electricitat aprofitant l'energia emmagatzemada als nuclis dels àtoms. A les centrals nuclears, es realitza un procés anomenat fissió nuclear, en què els nuclis d'àtoms com l'urani es divideixen en parts més petites. Aquest procés allibera una gran quantitat de calor, que es fa servir per escalfar aigua i produir vapor per accionar una turbina connectada a un generador. D'aquesta manera, es converteix l'energia dels àtoms en electricitat.
A més de generar electricitat, lenergia nuclear té altres usos importants. Per exemple, s'utilitza en medicina per fer diagnòstics i tractaments, en recerca científica per estudiar materials i en la indústria per irradiar aliments i controlar la qualitat de materials. D'altra banda, també es fa servir en la propulsió de submarins i portaavions i fins i tot per a la creació de bombes amb un gran poder destructiu.
Reaccions nuclears: fissió i fusió
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 manera d'obtenir l'energia continguda per 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.
Altres conceptes i definicions
- Àtom: La unitat bàsica de la matèria, composta per un nucli (protons i neutrons) i un núvol delectrons.
- Neutró : Partícula subatòmica sense càrrega elèctrica, present al nucli dels àtoms, que juga un paper crucial en les reaccions nuclears.
- Isòtop: Variants d'un element químic que tenen el mateix nombre de protons però un nombre diferent de neutrons.
- Radioactivitat: Emissió espontània de radiació per nuclis inestables dàtoms. Pot incloure partícules alfa, beta i raigs gamma, i és un fenomen clau en la fissió i la fusió nuclears.
Reactors nuclears: Dispositius que inicien i controlen la reacció de fissió per generar calor, que es converteix en electricitat.- Reactors d'aigua pressuritzada (PWR): Tipus de reactor que utilitza aigua a alta pressió per evitar que bulli, transferint calor a un sistema de vapor separat.
- Reactors d'aigua en ebullició (BWR): Tipus de reactor en què l'aigua bull al nucli per generar vapor directament, que es fa servir per moure una turbina.
- Combustible nuclear : Material utilitzat en reactors nuclears per generar energia mitjançant fissió. Els combustibles comuns inclouen urani-235 i plutoni-239. Aquests materials alliberen energia en dividir-se en nuclis més lleugers.
- Material fissionable: Material que pot sostenir una reacció en cadena de fissió, com ara urani-235 o plutoni-239.
- Cadena de reacció: Sèrie de reaccions nuclears en què els neutrons alliberats indueixen la fissió d'altres nuclis.
- Barres de combustible: Components en un reactor nuclear que contenen material fissionable i s'utilitzen per mantenir la reacció de fissió.
- Moderador : Material que redueix la velocitat dels neutrons per facilitar la fissió contínua en un reactor nuclear.
- Refrigerant : Substància que circula a través del reactor per absorbir i transferir la calor generada per la fissió.
- Residus radioactius : Materials que contenen isòtops radioactius i requereixen maneig i emmagatzematge segur a causa de la seva radioactivitat.
- Central nuclear: Instal·lació que utilitza reactors nuclears per generar electricitat mitjançant el procés de fissió nuclear. Consta d'un o més reactors, sistemes de generació de vapor i equips de conversió d'energia.
- Edifici de contenció : Estructura dissenyada per confinar els productes de la fissió i prevenir l'alliberament de materials radioactius al medi ambient.
- Desmantellament: Procés de desactivació i eliminació segura duna planta nuclear al final de la seva vida útil.
- Accident nuclear: Incident en una planta nuclear que resulta en un alliberament inesperat de materials radioactius al medi ambient, potencialment amb conseqüències greus per a la salut humana i el medi ambient. Exemples inclouen Chernobyl i Fukushima.
- Medicina nuclear: Branca de la medicina que utilitza isòtops radioactius per al diagnòstic i tractament de malalties. Els procediments inclouen imatges per tomografia d'emissió de positrons (PET) i teràpia amb radionúclids.
- Bomba atòmica: Arma nuclear que utilitza la fissió d'àtoms pesants, com ara l'urani o el plutoni, per alliberar una enorme quantitat d'energia explosiva. La primera bomba atòmica va ser llançada a Hiroshima el 1945.
- Bomba d'hidrogen Arma nuclear que utilitza la fusió d'àtoms lleugers, com el deuteri i el triti, per alliberar una energia molt més gran que la d'una bomba atòmica. També coneguda com a bomba termonuclear.