În stânga, fuziunea nucleară - doi atomi uşori se unesc şi eliberează energie. În dreapta, fisiunea nucleară - un atom „greu” se divide şi eliberează energie.
Fuziunea nucleară și fisiunea nucleară - ambele eliberează energie, dar cum diferă aceste procese și care sunt implicațiile acestora în ce privește generarea de energie electrică?
În cazul fisiunii nucleare, energia se obţine prin divizarea atomilor grei (cu masă atomică mare), precum uraniul, în atomi mai mici, precum iodul, cesiul, stronțiul, xenonul și bariul, pentru a numi doar câțiva.
Pe de altă parte, fuziunea nucleară combină doi atomi ușori, precum izotopii de hidrogen – deuteriul și tritiul – pentru a forma heliul, un atom mai greu. Ambele reacții degajă energie, o energie care, multiplicată şi colectată într-o centrală atomică, poate fi utilizată pentru a fierbe apă, iar aceasta, antrenând un generator de abur, va produce electricitate.
Citește și:
• Cum funcționează o centrală nucleară
• Un nou tip de centrală nucleară, pe toriu, va face energia nucleară mai „curată”
Fisiunea nucleară şi reacţiile în lanţ
Fisiunea este procesul nuclear folosit actualmente în centralele nuclearo-electrice. Procesul este declanșat de atomul de uraniu prin absorbția unui neutron, ceea ce face ca nucleul acestuia să devină instabil. Rezultatul instabilității este ruperea nucleului și producerea de alţi neutroni, care la rândul lor lovesc mai mulți atomi de uraniu și îi fac instabili; iar procesul continuă mai departe.
Această reacție în lanț este cheia în ce privește reacțiile de fisiune nucleară; dar în condiţii necontrolate ea poate duce la accidente nucleare.
În centralele nucleare convenționale actuale sunt instalate sisteme care controlează reacțiile în lanț pentru a preveni apariția de accidente și sunt luate măsuri de securitate stricte pentru a reduce riscul proliferării armelor nucleare.
Fuziunea nucleară - sigură, dar cu multe provocări
Spre deosebire de fisiunea nucleară, reacția de fuziune nucleară într-un reactor tokamak este o reacție sigură (neexistând riscul reacţiei în lanţ).
Însă motivele care au făcut ca fuziunea să fie atât de dificil de realizat până în prezent sunt aceleași care o fac sigură: este o reacție foarte sensibilă la condiții. Reacția încetează dacă plasma este prea rece sau prea fierbinte; dacă există prea mult combustibil sau prea puțin; dacă sunt prea mulți contaminanți; sau în cazul în care câmpurile magnetice nu sunt configurate corect pentru a controla turbulența plasmei fierbinți.
Acesta este motivul pentru care fuziunea este încă în fază de cercetare și dezvoltare, pe când fisiunea produce de mult timp electricitate.
Energia de legătură
Energia de legătură dintre protoni și neutroni (cât de puternică este forța care-i ține împreună) reprezintă cheia înțelegerii motivului pentru care unii atomi se divid și eliberează energie, în timp ce alții fuzionează pentru a face același lucru. Dacă o reacție nucleară produce nuclee care sunt mai strâns legate între ele decât originalele, atunci energia va fi produsă prin fuziune, pe când la fisiune este invers.
Nucleele mai mici fuzionează și eliberează energie, până se ajunge la atomul de fier, când nu mai este posibilă eliberarea energiei prin fuziune.
Se pare că atomii cu cele mai strâns legate nuclee sunt cei ai elementelor având dimensiunea nucleului apropiată de cea a fierului, care are 26 de protoni.
În concluzie, se poate elibera energie fie prin divizarea nucleelor foarte mari, cum ar fi cele ale atomilor de uraniu cu cei 92 de protoni ai săi (rezultând atomi mai mici), fie prin fuzionarea nucleelor foarte ușoare, cum ar fi cele ale atomilor de hidrogen (care are un singur proton), rezultând atomi mai grei.
Citiţi și:
• Fuziunea nucleară. Perspective
• Ce reprezintă fisiunea şi fuziunea nucleară?
Articol preluat, cu unele modificări, de pe SchoolInScience, tradus de Mircea Băduț.
