Sisteme energetice neconvenționale - energia nucleară

1. Energia atomică

În timpul fisiunii nucleului atomic se degajă energie. De această energie nucleară sunt legate mari speranţe şi mari temeri ale omenirii, soarta popoarelor globului pământesc depinde în mare măsură de direcţia în care va fi orientată puternică sa forţă: spre opere creatoare şi viaţa sau spre scopuri distrugătoare şi moarte.

Una din principalele caracteristici ale unui combustibil este cantitatea de energie pe care acesta o eliberează în timpul arderii. În această privinţă combustibilul atomic nu are egal.

Un kilogram de uraniu eliberează 29 900 000 kWh energie iar un kilogram de hidrogen, chiar 177 500 000 kWh. Energia conţinută într-un kg de benzină ajunge pentru a acţiona un autoturism timp de 10 minute, iar energia reacţiilor nucleare într-un kilogram de hidrogen este suficientă pentru a ridica un munte în greutate de 1 miliard tone la înălţimea de 65 metri. O centrală electrică termică cu o capacitate de 600 000 kW consuma în 24 de ore cinci trenuri de cărbune. O centrală electrică de aceeaşi putere care funcţionează cu combustibil atomic, consumă într-un an aproximativ o tonă de uraniu. Aceste valori sunt pur şi simplu incomparabile între ele.

De ce atunci, nu s-au construit până acum, peste tot, numai centrale electrice atomice? De ce ne mai batem capul cu extracţia cărbunelui şi a ţiţeiului (petroliului), de ce construim hidrocentrale electrice greoaie şi scumpe? Poate fiindcă combustibilul atomic, în special uraniul şi thoriul, ar fi elemente foarte rare?

Nu, uraniul nu este un element rar, în proporţie de 0,0005% scoarţa pământului se compune din uraniu. În cantitate o dată şi jumătate mai mare decât uraniul se găseşte în scoarţa pământeasca un alt metal capabil să servească drept combustibil nuclear- thoriul (în proporţie de 0,0008%).

Metalurgia uraniului şi thoriului este extrem de complicată. Minereul de uraniu trebuie fărâmiţat, înnobilat, dizolvat consecutiv în diferiţi reactivi chimici, cu mare grijă datorită nocivităţii sale, şi, numai după aceea se efectuează procesul metalurgic propriu-zis, separarea uraniului metalic sau obţinerea combinaţiei sale gazoase- hexaflorura de uraniu. Uraniul metalic are doi izotopi principali- uraniu 238 şi uraniu 235, dintre care drept combustibil nuclear se foloseşte uraniu 235. Cei doi izotopi ai uraniului, ca în general toţi izotopii, sunt din punct de vedere chimic nişte gemeni inseparabili. Atomul unui izotop de uraniu şi atomul celuilalt izotop se deosebesc numai prin masa lor, şi această diferenţă abia-abia depăşeşte 1%. Totuşi, singurul lucru de care ne putem folosi la separarea izotopilor de uraniu e tocmai această diferenţă. Separarea izotopilor de uraniu se efectuează folosind, nu uraniu metalic, ci compusul său cu fluorul- hexaflorura de uraniu. Procesul de separare trebuie repetat de câteva mii de ori pentru a se obţine hexaflorura de uraniu în care să nu existe, aproape deloc, molecule de uraniu 238, proces ce necesită un consum uriaş de energie electrică, căldura, apă.

Iată de ce energia electrică obţinută în prezent în centralele atomoelectrice este mai scumpă nu numai decât energia produsă de hidrocentralele electrice, ci şi decât energia electrică a centralelor termoelectrice.

1.1 Motorul atomic

Problema creării unor maşini de transport acţionate de motoare atomice este extrem de ademenitoare. Folosirea energiei atomice deschide posibilitatea înfăptuirii de zboruri cosmice până la cele mai îndepărtate graniţe ale sistemului solar. De aceea, în toate ţările lumii, savanţii şi inginerii lucrează atât de intens la rezolvarea problemelor de creare a unor locomotive, automobile şi avioane atomice. Primele succese în acest domeniu sunt de necontestat: plutesc de pe acum primele submarine cu motor atomic, există proiecte tehnice pentru locomotive atomice, etc.

2. Istoria Energiei Nucleare de la origini si până în prezent

ATOMUL ÎN ANTICHITATE

Noţiunea de atom apare pentru prima dată către anul 450 î.H. Filozoful grec Leucip dezvoltă teoria conform căreia materia nu este “oricât divizibilă” şi introduce noţiunea de “atomos” – ceea ce nu poate fi divizat. Câţiva ani mai târziu, Democrit, un discipol al lui Leucip, defineşte materia ca un ansamblu de particule invizibile, indivizibile şi eterne: atomii.

Această nouă concepţie nu a fost rezultatul unor observaţii sau experienţe, ci mai degrabă, al unor intuiţii. Această teorie va fi dezvoltată de către Epicur (341-270 î.H.), apoi de către poetul latin Lucreţiu în sec. I î.H. Vor trece 2000 de ani până când teoria atomică va fi reluată şi formulată ştiinţific.

în secolul al IV-lea î.H., filozoful grec

Democrit (460-370) a imaginat

materia ca fiind un ansamblu de

particule indivizibile: atomii.

SECOLUL AL XIX-lea: IPOTEZA ATOMICĂ SE CONFIRMĂ

Michaël Faraday (1791-1867),

inventatorul principiului de funcţionare al motoarelor electromagnetice, a enunţat în 1834 legile electrolizei.

Aceasta a marcat recunoaşterea “teoriei atomismului”

Teoria atomică modernă se datorează activităţii fizicianului şi chimistului englez Dalton. În 1803, Dalton prezintă un memoriu asupra absorbţiei gazelor de către lichide şi apelează la ipoteza conform căreia materia se compune din particule indivizibile – atomii. În anul 1811, chimistul italian Avogadro face o departajare între molecule şi atomi. El enunţã legea conform căreia volume egale de gaz supuse unei presiuni identice conţin acelaşi număr de molecule. În 1833, chimistul englez Faraday introduce noţiunea de ion şi studiază electroliza. Astfel, el admite implicit în lucrările sale “ipoteza atomică”, care începe astfel să se impună în chimie. În 1869, savantul rus Mendeleev pune la punct un sistem de clasificare a tuturor elementelor chimice cunoscute în ordine crescătoare după masa atomică.

1895:

DESCOPERIREA RAZELOR “X”

Wilhelm Röntgen (1845-1923)

primeşte în 1901 premiul Nobel pentru Fizică, pentru cercetările sale privind razele X. Descoperirea sa va fi de o importanţă capitală pentru dezvoltarea ulterioară a fizicii.

În 1895, fizicianul german Röntgen descoperă o radiaţie

invizibilă de aceeaşi natură cu lumina, dar mult mai penetrantă, ea putând traversa materia şi impresiona apoi o placă fotografică. El va numi “X” această radiaţie necunoscută.

Medicii îşi îndreaptă atenþia către noua descoperire şi încep să o utilizeze în cercetările medicale; aceasta marchează începutul radiologiei.

Henri Becquerel (1852-1908),

fizician francez, fiu şi nepot de

fizicieni. Descoperirea sa,

radioactivitatea naturală a sărurilor de uraniu (1896) este la originea

lucrărilor lui Pierre şi Marie Curie, cu

care va împărţi în 1903, premiul Nobel pentru Fizică.

1896-1930: PIONIERII EREI NUCLEARE

1896 Savantul francez Henri Becquerel descoperă radioactivitatea naturală. Informat de Henry Poincaré despre descoperirea razelor “X” de cãtre Röntgen, acesta cercetează dacă elementele fluorescente emit o astfel de radiaţie. Pentru aceasta, Becquerel utilizează în experienţele sale săruri de uraniu pe care le expune la soare, pentru a le face fluorescente. Într-una din zilele lui martie 1896, întrerupt din lucrul său de o vreme urâtă, el aşează placa fotografică sub sărurile de uraniu pe care nu avusese timp să le expună la soare. Ca urmare, constată că placa a fost impresionată, concluzionând că uraniul emite radiaţii pe care le numeşte “raze uranice”. Din acest moment, fizicienii vor fi atraşi de studiul acestui nou tip de radiaţii.