Pământul a intrat exploziv în era nucleară pe 16 iulie 1945. În acea zi SUA au testat un tip de armă complet nou în deşertul New Mexico. Meşterită dintr-o sferă de plutoniu de mărimea unei mingi de tenis, bomba Trinity a produs o explozie echivalentă cu 20.000 tone de TNT.

 

 

În imagine: centrala nucleară de la Oskarshamn, Smaland, Suedia (Imagine: B Lallo / IBL / Rex Features)

 

Şaizeci de ani mai târziu au fost produse zeci de mii de tone de plutoniu şi de uraniu îmbunătăţit. Arsenalul nuclear global se ridică la 27.000 de bombe. Foarte probabil nouă ţări posedă arme nucleare, în timp ce alte 40 au acces la materialele şi tehnologia pentru a le fabrica.

Dar tehnologia nucleară a fost folosită de asemenea şi pentru scopuri paşnice. Primul reactor nuclear care să furnizeze electricitate unei reţele naţionale a fost deschis în Anglia în 1956. Acum, 442 de reactoare în 32 de ţări generează 16% din electricitatea lumii.

Energia nucleară a fost prezentată ca fiind o sursă de energie ieftină. Dar aceasta a fost subminată la sfârşitul secolului XX de accidente foarte mediatizate ale reactoarelor nucleare, de problemele stocării deşeurilor radioactive, de competiţia din partea unor surse mai eficiente de electricitate şi de legăturile inevitabile cu proliferarea armelor nucleare. Cu toate acestea, creşterea numărului dovezilor referitoare la încălzirea globală i-a determinat pe unii să argumenteze că energia nucleară este singura cale de a genera energie fără emiterea gazelor cu efect de seră.

 

Citiţi şi: Cum funcţionează o centrală nucleară?

Centrala nucleară are deja o vechime de  peste jumătate de secol, prima  care a produs energie electrică cu uz comercial fiind construită în anul 1954 de ruşi. Dar cum funcţionează o centrală nucleară? În ce fel este transformată energia atomică în energie electrică? Citiţi articolul pentru o explicaţie succintă, pe înţelesul tuturor.

 

 

 

 

 

Spărgând atomii

Primii paşi spre descătuşarea energiei din interiorul nucleului atomic au fost făcuţi în 1905 când Albert Einstein a stabilit că şi numai mici cantităţi de masă sunt echivalente cu cantităţi imense de energie, prin ecuaţia lui E=mc2. În 1938 germanii Otto Hahn şi Fritz Strassman au spart atomi de uraniu, intrinsec instabili, bombardându-i cu neutroni. În anul următor Lise Meitner şi Otto Frisch au explicat procesul fisiunii nucleare, în care nucleele atomice sunt sparte pentru a crea nuclee ale unor elemente mai uşoare, cu neutroni şi energie ca produse secundare.

În 1941 SUA s-au angajat într-un proiect strict secret Manhattan Project, care a condus la crearea bombelor lansate asupra Hiroshimei şi Nagasaki la sfârşitul celui de-al Doilea Război Mondial. Acestea sunt singurele arme nucleare ce au fost folosite în război, deşi au fost testate circa 2.000. Proiectul Manhattan a costat 2 miliarde de dolari şi a implicat munca a 175.000 de oameni, dintre care 8 erau câştigători ai premiului Nobel. Lista îi include pe Robert Oppenheimer, Enrico Fermi, Richard Feynman, Niels Bohr şi Leo Szilard.

Uraniul este cel mai greu element găsit în natură în cantităţi mai mari decât "urme vagi", iar minereurile naturale conţin doi izotopi: U-238 şi U-235. Numai U-235, care alcătuieşte doar 0,7% din minereuri este fisionabil. Astfel încât uraniul trebuie să fie "îmbogăţit" prin îndepărtarea U-238. Uraniul îmbogăţit pentru arme nucleare poate conţine până la 90% U-235.

Când sunt bombardaţi cu neutroni, atomii U-235 îi absorb şi devin instabili. Ei se sparg pentru a forma două nuclee mai mici ale altor elemente şi neutroni. O parte din masă este convertită în energie sub formă de radiaţie gama şi căldură. Deoarece este necesar numai un neutron pentru a declanşa fisiunea şi sunt eliberaţi doi sau trei, poate rezulta o reacţie în lanţ. Această reacţie este necontrolată într-o bombă, dar strict controlată într-un reactor nuclear.

Lansând bomba

Bomba de la Hiroshima a fost construită din uraniu îmbogăţit, comprimat prin detonarea unor explozivi pentru a atinge o masă supracritică. Bomba de la Nagasaki a fost fabricată cu plutoniu, care este de asemenea fisionabil. Plutoniul este produs în combustibilul epuizat al unui reactor nuclear, prin iradierea uraniului 238. Poate fi extras pentru a fabrica arme.

În anii de după 1945 SUA au dezvoltat foarte distructivele bombe cu hidrogen. Unele sunt echivalente cu multe milioane de tone de TNT şi eliberează cantităţi uriaşe de energie prin fuziune nucleară. În fuziunea nucleară nuclee atomice fuzionează pentru a forma nuclee mai grele. Bombele cu hidrogen folosesc mici explozii de fisiune pentru a crea temperaturile uriaşe necesare izotopilor grei de hidrogen pentru a fuziona.

Tehnologia armelor nucleare a fost adaptată pentru multe utilizări militare, ca de exemplu rachete intercontinentale, spărgătoare de buncăre, minirachete nucleare, arme cu raze gama, mine de teren nucleare şi rachete nucleare de apărare.

Bombardând Japonia, SUA au declanşat o cursă globală a înarmărilor şi Războiul Rece cu Uniunea Sovietică. Sovieticii au dezvoltat şi testat propria lor bombă în 1949. Marea Britanie a realizat isprava în 1952, urmată de Franţa în 1960, China în 1964 şi cel mai recent de India şi Pakistan în 1998.

Se consideră de către o mare majoritate că Israelul posedă arme nucleare, iar Coreea de Nord a declarat în 2005 că le posedă, de asemenea, deşi nici una dintre ele nu a efectuat teste. Irak şi Libia  au încercat să le dezvolte în trecut, iar Iranul este acuzat că are un program secret de înarmare nucleară.

Stopând proliferarea

În timp ce nouă naţiuni au arme nucleare, alte 187 s-au angajat să nu le fabrice. Douăzeci de ţări ca Elveţia, Brazilia, Argentina, Canada şi Africa de Sud au avut cândva programe; dar ca semnatare în 1968 ale Tratatului de Neproliferare a Armelor Nucleare - le-au abandonat ulterior.

Tratatul avea ca scop să limiteze răspândirea armelor atomice și să oblige cele cinci prime state deţinătoare de arme nucleare să împărtăşească tehnologia şi materialele nucleare cu utilizare în domenii paşnice. În principal prin dezarmarea SUA şi a Rusiei, tratatul a obţinut dezafectarea a 38.000 de capete nucleare începând din 1986.

Totuşi, tratatul este sub tensiune în 2005. Statele cu armament nuclear sunt acuzate că au eşuat în a-şi reduce arsenalele şi de a se orienta spre noi arme, ca de exemplu minirachetele nucleare. Iranul a ajuns la un acord cu Europa de a stopa activităţile de îmbogăţire a uraniului, dar poate denunţa această înţelegere.

Comprehensive Nuclear Test Ban Treaty (Tratatul Multilateral de Interzicere a Testelor Nucleare) din 1996 este o încercare de limitare a detonărilor şi de încetinire a înarmărilor nucleare, dar Senatul SUA a refuzat ratificarea acestuia în 1999.

A controla ceea ce a rămas din arsenalul nuclear vast şi slab protejat al Uniunii Sovietice este o altă mare provocare. Ţările G8 au angajat în mod repetat miliarde de dolari pentru a proteja depozitele uriaşe.

International Atomic Energy Agency (Agenţia Internaţională pentru Energia Atomică) luptă să ţină sub control furturile şi piaţa neagră a materialelor şi a tehnologiilor nucleare, iar temerile ca teroriştii să pună mana pe o bombă contrafăcută sunt frecvent exprimate. Vânzarea materialelor şi a informaţiilor a fost subliniată în 2004, când un om de ştiinţă nuclearist pakistanez a recunoscut că a vândut tehnologie nucleară Libiei, Coreeii de Nord şi Pakistanului.

Atomi pentru pace

Generarea energiei nucleare a fost legată de proliferarea armelor nucleare. De fapt, primele reactoare la scară industrială construite în SUA în 1944 erau concepute să producă plutoniu pentru armament, iar energia creată era irosită. Primul reactor nuclear care să furnizeze electricitate unei reţele naţionale a fost deschis la Calder Hall în 1956 în Anglia. Astăzi ţări ca Japonia şi Franţa folosesc energia nucleară pentru a furniza până la 75% din energia lor.

Spre deosebire de armele atomice, reactoarele nucleare trebuie să controleze strict reacţia de fisiune în lanţ. Pentru a preveni o reacţie scăpată de sub control, bare de control sunt întreţesute cu barele de combustibil din uraniu sau plutoniu. Barele de control absorb neutronii şi pot fi coborâte în miezul reactorului pentru a regulariza energia rezultată. O substanţă moderatoare, ca de exemplu apa sau grafitul, înconjoară barele, încetinind neutronii emişi în reacţie şi reflectându-i înapoi către centru.

Un agent de răcire circulă împrejurul miezului şi este pompat într-un schimbător de căldură unde apa se transformă în abur şi acţionează turbine generatoare de electricitate. Reactoare moderne răcite cu gaz, ca cele din Marea Britanie, folosesc dioxid de carbon comprimat ca şi agent de răcire. Reactoarele cu apă uşoară, apă grea şi apă presurizată folosesc apa ca moderator şi agent de răcire.

Aceste reactoare sunt intrinsec ineficiente, folosind numai circa 1% din energia stocată în uraniul combustibil. Pentru a surmonta această ineficienţă şi a minimiza deşeurile nucleare, unele ţări reprocesează combustibilul nuclear. Unitatea de reprocesare din Sellafield, Marea Britanie, este cea mai mare din lume, dar a întâmpinat multe probleme.

Mai moderne (dar mai puţin sigure) reactoarele breeder folosesc sodiu metalic lichid ca şi agent de răcire şi generează plutoniu ca şi combustibil. Reactoarele breeder ca Superphénix în Franţa, Dounreay în Marea Britanie, Monju în Japonia şi reactoarele planificate în India pot utiliza până la 75% din energia conţinută în uraniu. Noile reactoare miniaturale Rapid-L ar putea ajunge cândva să furnizeze energie în subsolul blocurilor de locuinţe, iar în viitor sunt planificate reactoare portabile "take-away" (ia-l cu tine).

Combustibilul nuclear a fost de asemenea folosit pentru alimentarea cu energie a submarinelor, ca de exemplu Kursk al Rusiei sortit pieirii; nave spaţiale ca şi Cassini, Galileo şi cel ce a eşuat, Mars-96; spărgătoare de gheaţă, portavioane şi alte nave. Pentagonul a evocat pe scurt ideea unui avion cu propulsie nucleară.

La modul critic

Totuşi, câteva accidente mult mediatizate au năruit încrederea publicului în energia nucleară. Cel mai grav accident nuclear din SUA s-a petrecut în 1979 când un sistem de răcire a funcţionat defectuos la Three Mile Island în Pennsylvania. Reactorul s-a topit, eliberând gaze radioactive în mediu. Acum există îngrijorări referitoare la siguranţa reactoarelor învechite din SUA.

Cel mai catastrofal accident nuclear din lume s-a petrecut la Cernobîl, în Ucraina. Barele de control au fost retrase din reactor în timpul unui test prost condus, cauzând topirea şi explozii masive. Radiaţia eliberată a ucis 30 de persoane în mod direct şi s-a răspândit peste nordul Europei.

Accidentul a condus la cazuri provocate de radiaţie, ca de exemplu cancer de tiroidă şi leucemie, defecte din naştere, moarte a pruncilor şi contaminarea lacurilor şi pădurilor. Trei alte reactoare de la Cernobîl au fost repornite în 1988, dar apoi au fost oprite, ultimul în 2000 după ce naţiunile vestice au plătit în final Ucrainei pentru închiderea lui. Reactoare similare din Europa de Est pot fi la fel de periculoase.

În 1999, 70 de persoane au fost expuse radiaţiilor la uzina de procesare a uraniului Tokaimura din Japonia după ce lucrătorii au adăugat de şapte ori mai mult uraniu decât cantitatea de siguranţă într-un rezervor de stabilizare. Aceasta a declanşat o reacţie în lanţ necontrolată. Multe alte accidente periculoase sau letale s-au petrecut, de exemplu la Windscale, Sellafield, Mayak, Monju, Tsuruga and Mihama.

Deşeurile nucleare radioactive - care rămân periculoase pentru multe mii de ani - sunt o altă piedică serioasă a industriei. Ca metode de a scăpa de ele guvernele au luat în calcul reprocesarea lor; îngroparea adânc în subteran, precum în muntele Yucca din Nevada, în SUA; arderea lor; transportarea în alte ţări; distrugerea cu laser; încastrarea lor în blocuri de sticlă chiar pe loc, la unităţile nucleare.

Dar s-au creat îngrijorări legate de potenţiale inundaţii ale depozitelor, de siturile secrete de lichidare ale deşeurilor şi de riscurile de a transporta deşeurile. Curăţirea siturilor nucleare dezafectate este de asemenea scumpă şi dificilă.

Şi totuşi energia nucleară are un avantaj care ar putea aduce o revenire - lipsa emisiilor cu efect de seră. Unii speculează acum că este o bună cale de a reduce emisiile legate de încălzirea globală. Guvernul SUA a anunţat deja planuri pentru o mulţime de noi centrale nucleare - prima de după 1979.



Textul de mai sus reprezintă traducerea articolului introduction-the-nuclear-age, publicat de New Scientist. Scientia.ro este singura entitate responsabilă pentru eventuale erori de traducere, Reed Business Information Ltd şi New Scientist neasumându-şi nicio responsabilitate în această privinţă.

Traducere: Marian Stănică