Tecnologia Industrial I
2.6.- Combustibles nuclears 
     
    S’obténen dels canvis que es produeixen en els nuclis dels àtoms, en les anomenades reaccions nuclears.
      Segons Rutherford, està formada per un nucli amb protons i neutrons cohesionats i girant al seu voltant els electrons.
    Un àtom es caracteritza pel nombre de protons que té en el nucli. Els àtoms amb mateix número de protons en el nucli, són el mateix element. El nombre atòmic és el nombre de protons que té l’àtom (Z). El nombre màssic és el nombre de protons més el nombre de neutrons (A).
    Són isòtops de l’element aquells àtoms de mateix element que es diferencien en el nombre màssic.
    També es pot anomenar un element pel seu nombre màssic.
      La radioactivitat natural és el fenòmen de la transformació nuclear instantània. Els materials en que es produeixen aquestes transformacions s’anomenen materials radioactius. Les radiacions, són partícules del nucli de l’àtom que surten a gran velocitat, a causa de la transformació nuclear.
    La radiació pot ser emesa de tres tipus: alfa, beta, gamma.També un element pot emetre alhora radiacions alfa i gamma o beta i gamma. Aquestes radiacions són conegudes com a radiacions ionitzants, perquè tenen energia suficient, per penetrar la matèria i ionitzar les molècules i els àtoms.
      • Alfa: la frena un full de paper o uns quants centímetres d’aire. La desviació per camps magnètics i elèctrics és dèbil. La velocitat és de 107m/s.
      • Beta: la frenen uns quants mil·límetres d’alumini o un metre d’aire. La desviació per camps magnètics i elèctrics és gran. La velocitat és propera a la de la llum.
      • Gamma: la frenen uns quants centímetres de plom o uns quants metres de formigó. La desviació per camps magnètics i elèctrics és nul·la. La velocitat és la de la llum, 3·108m/s.


    Henry Bequerel va descobrir la radioactivitat natural l’any 1896. Després el matrimoni Curie va trobar que tots els minerals d’urani i tori la tenien. Irene  Curie i el seu espòs Frédéric Joliot descobreixen la radioactivitat artificial l’any 1934. Els isòtops radioactius artificials s’obtenen mitjançant el bombardeig de nuclis de partícules alfa, beta i gamma i neutrons.
    Tot element radioactiu es caracteritza pel temps de semidesintegració, anomenat vida mitjana, que és el temps en què una determinada quantitat d’element radioactiu es redueix a la meitat. Els efectes de les radiacions emeses poden ser mortals per a les persones ja que destrueixen la matèria viva.
     

    L’energia nuclear és l’energia continguda en el nucli de l’àtom.
    La pèrdua de massa correspon a una transformació d’energia, anomenada energia d’enllaç, necessària per unir i mantenir cohesionades les partícules del nucli. En totes les radiacions nuclears s’allibera una certa quantitat d’energia.
    Segons Einstein, la pèrdua de massa convertida en energia, apareix en forma de radiació i a gran velocitat, és a dir, en energia tèrmica. La fòrmula d’Einstein diu que cada gram de massa que es transforma en  energia es produeix en certes caloríes:
    W = m · c2
    c = velocitat de la llum
    Aquesta energia produïda es transforma en energia tèrmica i es aprofitada com a font d’energia a les centrals nuclears.
      Qualsevol procés que implica un nucli d’àtom s’anomena reacció o transformació nuclear.
    La radioactivitat és una reacció nuclear, amb la que es pot aconseguir petites quantitats d’energia. Existeixen dos tipus de reaccions nuclears artificials per aconseguir grans quantitats d’energia, són les reaccions de fussió o de fissió.
      S’uneixen nuclis d’elements lleugers per formar nuclis més pesats. Es poden aconseguir reaccions de fusió escalfant les partícules a temperatures de l’ordre de 100·106 ºC, en aquestes condicions els electrons i nuclis dels àtoms no es troben en un dels tres estats de la matèria, sinó que formen un conglomerat de partícules carregades positiva i negativament sense una estructura atòmica: és l’anomenat quart estat de la matèria o plasma.
      Les reaccions de fissió consisteixen a provocar la ruptura del nucli d’un àtom amb l’impacte d’un neutró. De cada nucli trencat s’emeten dos o tres neutrons que poden trencar altres nuclis i així successivament. Aquest procés es coneix com reacció en cadena. Iniciada la reacció nuclear es pot mantenir per si mateixa sempre que es disposi d’una quantitat d’àtoms suficients, anomenada massa crítica.
    L’energia alliberada és a conseqüència de la transformació de massa a energia. Gran quantitat d’energia obtinguda es pot alliberar instantàniament, en una expulsió nuclear (bomba atòmica) o d’una manera lenta i controlada en un reactor nuclear. Un reactor nuclear és un sistema per produïr i controlar reaccions en cadena sostingudes de manera que es pugui aprofitar l’energia tèrmica produïda.
      Els combustibles nuclears són elements que en condicions adequades poden produir reaccions nuclears de fisió i fussió.
    Per a les reaccions de fussió el combustible utilitzat és el deuteri i el triti, que són isòtops de l’hidrògen.
    Els combustibles fissionables són l’urani 235, i el plutoni 239 i l’urani 233.
    S’anomenen materials fèrtils aquells que amb reaccions nuclears de captura i canvi radioactiu es converteixen en materials fissibles.
      1.Localització: els jaciments d’urani són fàcils de trobar, perquè tenen poca radioactivitat. Encara que hem de tenir en compte la presència del rodó, gas radioactiu que prové de la desintegració del radi.
    2.Cicle del combustible: aquí és realment on comença el cicle, amb aquests passos:
                     2b: se separa l’òxid d’urani del combustible, s’obté una pasta  groga (yellow cake) amb el 60% o 70% d’òxid d’urani.
                    2c: es processa químicament fins a obtenir el 99’9% d’òxid.
      Tot reactor nuclear produeix residus, que han de ser destruits per no afectar a persones i al medi ambient.
    Els residus radioactius es classifiquen en:
       -residus gasosos i líquids, procedents de centrals nuclears.
       -residus sòlids de baixa/mitjana activitat, produits en hospitals.
       -residus sòlids d’alta activitat, procedents del combustible nuclear.

    Els residus gasosos, per destruir-los se sotmeten a un procés de filtratge i retenció.
    Els residus líquids, són filtrats, i els fangs obtinguts reben el mateix tractament que els residus sòlids.
    Tots els residus sòlids de baixa i mitjana activitat, són barrejats amb una massa de formigó i tancats hermèticament en bidons d’acer de paret doble, després són emplaçats.
    Els residus sòlids d’alta activitat, són elements altament radioactius produÏts per la fissió. Per destruir-los es dipositen durant uns mesos en una piscina de formigó per amortir-ne l’activitat i permetre’n una manipulació més fàcil.
    Les plantes de reelaboració, són uns contenidors especials amb parets d’acer i blindats amb gruixudes plaques de plom on s’introdueixen els residus sòlids d’alta activitat, per obtenir el combustible no fissionat (urani i plutoni).
     
     

    ACTIVITATS

21.- Per què són perilloses les radiacions ? De quin tipus poden ser ? Assenyala les propietats més importants de cadascuna.

22.- Indica aplicacions útils dels materials radioactius.

23.- Investiga els sistemes de protecció i control que utilitza el personal sanitari sotmés a radiacions.

24.- Què és una reacció nuclear? En què consisteix una reacció de fusió? i de fissió?

25.- Què són i quins són els tractaments que han de rebre els combustibles nuclears?

26.- En què consisteix la recàrrega de combustible a les centrals nuclears?

27.- Quina és la funció de les  plantes de reelaboració del combustible a les centrals nuclears?

28.- Com podem classificar els residus radioactius?Quins són els tractaments que rep cadascú?

29.- Calcula la quantitat de matèria convertida en energia en una central nuclear
de 1.000 MW, que funciona a P.C. durant 320 dies a l’any, si el rendiment total de la central és del 50%.

Respostes