Fisio Nuklearra: Definizioa, Prozesua eta Aplikazioak

Fisio Nuklearra

Definizioa

Fisio nuklearra erreakzio nuklear bat da, non masa handiko nukleo bat neutroiez bonbardatuz, nukleo hori zatitu eta bi nukleo arin sortzen diren. Prozesu horretan, zenbait neutroi eta energia kantitate handia askatzen dira. Fisiorako gehien erabiltzen diren nukleoak uranio-235 eta plutonio-239 isotopoak dira.

Fisio-erreakzioen adibide bat behean adierazitakoa da:

Aktibazio-energia

Fisio-erreakzioan sortzen diren produktuak hasierako U-235 baino egonkorragoak dira; hala ere, berez, uranio atomoa ez da fisionatzen, aktibazio-energia bat behar du, neutroi batez bonbardatzean lortzen duena. Horrela, bitarteko produktu bat eratzen da, energia handikoa eta berehala fisionatzen dena. Erreakzioa behin hasiz gero, hainbat neutroi askatzen dira. Neutroi horietako bakoitzak beste uranio nukleo baten fisioa eragiten du, eta erreakzioa azkar azeleratu egiten da, kate-erreakzioa gertatzen da.

Kate-erreakzioa

Askatzen diren neutroiak ez badira kontrolatzen, prozesu ez-kontrolatua sortzen da: bonba atomikoa. Berriz, neutroiak frenatu edo xurgatzen badira, erreakzioa kontrola daiteke: erreaktore nuklearretan egiten dena.

Prozesu ez-kontrolatuak

Prozesu hauetan sortutako neutroiak ez dira kontrolatzen eta erreakzioak leherketa eragiten du, energia handia, erradiazioa eta hondakin erradioaktiboak sortuz. Prozesu hori da bonba atomikoan gertatzen dena.

Prozesu kontrolatua

Askatutako neutroien abiadura moteldu egiten da substantzia egokiak (moderatzaileak) tartekatuz (ura, ur pisutsua, grafitoa,... ). Horrela, erreakzioaren abiadura kontrolatzen da, eztandarik ez da gertatzen eta askatutako energia aprobetxa daiteke. Hori da zentral nuklearretan egiten dena.

Masa-galera eta energia

Fisio-erreakzioetan askatzen den energia erreakzio hauetan gertatzen den masa-galeraren ondorioa da. Hasierako substantzien masa eta amaierako substantzien masa neurtzen baditugu, produktuen masa erreaktiboena baino txikiagoa dela ikusiko dugu:

A + B → C + D

(m_A + m_B) > (m_C + m_D)

masa-galera = ∆m = (m_A + m_B) - (m_C + m_D)

Galtzen den masa hori energia bihurtzen da eta Einsteinen ekuazioaren bitartez kalkulatzen da:

E = ∆m·c²

Adibidez, U-235 atomo baten fisioan, masa-galera 0,2154 u-koa da eta askatutako energia 200 MeV ingurukoa.

Lotura-energia

Masa-galera kontzeptuarekin lotuta, merezi du nukleo baten lotura-energia kontzeptua aipatzea.

Nukleoa nukleoiz osatuta dago, hau da, neutroiz eta protoiz. Nukleo bat bera osatzen duten nukleoietan desintegratu nahi badugu, energia eman behar zaio nukleo horri. Alderantziz ere, nukleo bat, bere nukleoietatik abiatuta osatzen badugu, energia kantitate bat askatzen da prozesuan, aurrekoaren kantitate berbera. Energia horri lotura-energia esaten diogu eta zenbat eta handiagoa izan, orduan eta egonkorragoa da nukleoa.

Lotura-energia masa-defektu edo masa-galerarekin dago erlazionatuta. Izan ere, nukleo baten masa beti da nukleoa osatzen duten protoien eta neutroien masen batura baino txikiagoa, hau da, nukleoiek beren masaren parte bat galtzen dute nukleoa eratzerakoan.

∆m = (Z protoien masa + N neutroien masa) - nukleoaren masa

Galtzen den masa hori, Einsteinen erlazio erlatibistaren arabera, energia bihurtzen da:

E = ∆m·c²

non E = lotura-energia eta ∆m = masa-galera diren.