10 conceptes bàsics per entendre l’energia nuclear

Definim els conceptes bàsics per entendre com funcionen les centrals nuclears. (Pixabay)

Les nocions de central nuclear, reactor, radiació, fissió, fusió  i àtom, entre d’altres, s’entrellacen per generar l’energia nuclear 

L’energia nuclear genera al voltant d’una dècima part de l’electricitat al món. Tot i que compta amb defensors, molts s’oposen a les centrals nuclears perquè existeix un alt risc de contaminació en cas d’accident. També a l’hora d’emmagatzemar i desfer-se dels residus radioactius. Per entendre aquests aspectes, a continuació, es presenten 10 conceptes bàsics sobre l’energia nuclear. 

 

Central nuclear i reactor nuclear 

La divisió dels àtoms genera escalfor, que escalfa l’aigua. EL vapor resultant mou la turbina i genera electricitat. (Oriol Vidal)

El concepte més bàsic per entendre l’energia nuclear i, particularment la seva producció, és el de central nuclear. Es tracta d’una instal·lació industrial en la qual es genera electricitat a partir de l’energia tèrmica (produïda per la calor) de les reaccions de fissió -propera definició- d’un reactor nuclear, que és el component principal d’una central nuclear.

El reactor és el lloc en el qual s’allotja el combustible nuclear i on es controlen tots els sistemes d’inici, manteniment i aturada de les reaccions de fissió. Aquestes alliberen l’energia tèrmica per escalfar l’aigua fins a convertir-la en vapor a alta pressió i temperatura, que al mateix temps, fa girar una turbina que transforma l’energia mecànica del gir en energia elèctrica

 

Fissió nuclear

La fissió nuclear és el procés pel qual es divideix un àtom. Les centrals nuclears acostumen a utilitzar àtoms d’urani. (ORiol Vidal)

La reacció al reactor de la central nuclear per crear l’energia tèrmica s’anomena fissió nuclear. El nucli de l’àtom, és a dir la seva part central, conté energia i, per extreure-la, la fissió nuclear divideix aquest nucli en partícules més petites. 

Es genera un bombardeig a un àtom inestable amb un neutró. Un cop el nucli s’ha fissionat, queden partícules o un o dos neutrons més lliures que poden xocar contra altre àtom i generar més fissions en cadena. Aquest procés allibera molta energia en forma d’escalfor. 

 

Fusió nuclear

Exemple del procés de fusió de l’hidrogen pesat (deuteri) i del triti, utilitzat en les bombes nuclears. (Sorruno / Wikimedia Commons)

La fusió nuclear és el procés invers a la fissió nuclear. La fusió sotmet a dos àtoms -propera definició- a unes condicions en les quals els nuclis es fonen creant un únic àtom. Un exemple de reaccions de fusió són les que tenen lloc al Sol

La fusió genera una gran quantitat d’energia, això no obstant, actualment no és viable reproduir les reaccions de fusió nuclear de forma artificial i sostinguda. Per això, els reactors nuclears segueixen sent de fissió. Aquest procés acostuma a utilitzar-se per fer esclatar les armes nuclears

 

Àtom

Una representació d’un àtom d’urani. (Oriol Vidal)

L’àtom és la part més petita en què es pot dividir qualsevol element present al món físic i a la natura. Són les unitats bàsiques de la química. La combinació d’un cert nombre d’àtoms enllaçats entre ells d’una manera específica forma un tipus concret de molècula

Per produir energia nuclear, es divideixen els àtoms d’urani. El procés allibera energia en forma d’escalfor. A més, durant les reaccions, els àtoms no es creen ni es destrueixen sinó que passen a organitzar-se de manera diferent

 

Partícules subatòmiques 

Esquema de principis del segloe XX per un àtom d’heli, mostrant dos protons (en vermell), dos neutrons (en verd) i dos electroncs. (Svdmolen/Jeanot / Wikimedia Commons)

L’àtom està format per partícules subatòmiques, encara més petites. Aquestes es divideixen en un nucli, amb protons (amb càrrega positiva) i neutrons (sense càrrega); i en diversos electrons (amb càrrega negativa). 

Com que s’agrupen a la part central de l’àtom, els protons i neutrons són també coneguts com a nucleons. A més, la càrrega positiva del nucli i la negativa dels electrons provoquen que la càrrega elèctrica total de l’àtom sigui neutra.

 

Combustible nuclear 

Combustible nuclear, material adaptat per generar energia nuclear. (NCR / Wikimedia Commons)

El combustible nuclear és el material que s’utilitza per generar les reaccions nuclears. Aquest es col·loca en forma de barres dins del reactor nuclear. Les reaccions de fissió -explicada a les definicions anteriors- necessiten un material que sigui suficientment inestable perquè es trenqui quan xoqui amb un neutró. 

És a dir, és un material susceptible de ser fissionat. La massa de combustible nuclear al reactor ha d’assolir la quantitat necessària per iniciar una reacció en cadena

 

Urani i hidrogen 

Urani enriquit. (Wikimedia Commons)

La majoria dels reactors nuclears utilitzen urani enriquit com a combustible nuclear. L’urani és conegut popularment pel seu color i brillantor fluorescent. L’enriquiment d’urani és un procés a través del qual l’obtenció d’energia dels àtoms és més eficient.

Les reserves d’urani al planeta són limitades. A més, els residus són radioactius i contaminants. Per aquest motiu, existeixen moltes veus i, fins i tot regulació, en contra de la seva utilització. Actualment s’estudia el reactor nuclear de IV generació, que produiria hidrogen, que és el que mou alguns cotxes elèctrics. En el futur, aquest tipus de reactor podria tenir molts més usos per la societat

Per obtenir l’hidrogen, cal separar-lo de l’oxigen amb el qual apareix barrejat a l’aigua.

 

Radiació

En Pierre i la Marie Curie van descobrir la radiació artificial. (Arxiu)

La radiació és un fenomen físic que emet o propaga energia en forma d’ones o partícules subatòmiques. Quan el nucli pateix alguna transformació, aquest emet partícules i radiacions electromagnètiques d’alta freqüència. 

Aquest fenomen es pot produir de manera natural, provocat pel Sol, o de manera artificial, per la fissió nuclear. La radiació artificial va ser un descobriment del matrimoni Pierre i Marie Curie

Constantment ens veiem exposats a la radiació. Però el tipus de radiació que es genera durant la fissió nuclear és radioactiva. Si un ésser viu s’exposa a una radioactivitat o durant un temps prolongat, pot afectar la seva salut i, fins i tot, provocar-li la mort. Per això, és necessari que les centrals nuclears comptin amb mesures de seguretat molt estrictes.

 

Residu nuclear

Els residus nuclears s’enterren a més de mil metres de profunditat. (IAppes – iStock)

Tot i que el consum de combustible en un reactor nuclear és molt lent i pot durar anys, genera residus molt contaminants que s’han de gestionar de forma adequada. No es tracta d’una contaminació atmosfèrica, ja que les centrals nuclears no emeten gasos que contribueixen a l’escalfament global.

Es tracta de residus radioactius que s’han d’emmagatzemar en la mateixa central i en dipòsits especials per a materials radioactius, com piscines per refredar l’urani. Depenent del seu nivell de radioactivitat, han de romandre aïllats més o menys temps. En alguns casos, al voltant de 100.000 anys. És important que no entrin en contacte amb la natura o els éssers vius perquè són nocius. 

 

Accident nuclear

Imatge de les restes de la central nuclear de Txernòbil després de l’explosió del seu quart reactor. (AP)

Si hi ha un accident en una central nuclear, hi ha possibilitats que alliberi materials radioactius o radioactivitat que pugui perjudicar la salut pública o el medi ambient. Per mesurar la gravetat d’aquest tipus de succés, s’utilitza de forma internacional l’Escala Internacional d’Accidents Nuclears (INES, per les sigles en anglès). Els nivells van de menys a més gravetat, del 0 fins al 7.

Els pitjors accidents nuclears de la història van ocórrer a Txernòbil (Unió Soviètica, actual Ucraïna) el 1986 i a Fukushima (Japó) el 2011. Tots dos van ser de nivell 7, el màxim. A Espanya, els accidents més greus van tenir lloc a la central nuclear de Vandellòs el 1989, amb un nivell 3, i el 1992 a la central nuclear de Trillo, amb un nivell 2. Perquè aquests no tornin a ocórrer, les mesures de seguretat obligatòries es regulen de forma estricta.

Junior Report impulsa una xarxa de Revistes Escolars Digitals gestionades per alumnes de secundària. Informa’t sobre el projecte aquí.

COMPARTIR
Article anteriorL’energia nuclear, al cine
Article següentAquest estiu rodaràs pel·lícules a casa
Periodista i experta SEO. És redactora de Junior Report, periodista freelance i optimitzadora de pàgines i contingut. Ha treballat a l’agència Efe i a Diario de Mallorca.

FER UN COMENTARI

Please enter your comment!
Please enter your name here