Introducció

Tècniques d'energia nuclear

Hi ha dues maneres de produir energia elèctrica fent us de l'enegia nuclear. Per fisió i fusió d'atoms.

Fissió

Aquesta reacció consisteix en la divisió d'un àtom d'un element de pes atòmic elevat i inestable que es divideix i fa que les seves parts inpactin amb els altres àtoms i aquets es separin generant una reacció en cadena i produir energia.

La separació dels nuclis atòmics en el proces de fissió, produeix una reacció exotèrmica que en la central nuclear s'aprofitarà per a escalfar l'aigua al reactor i per produir energia elèctrica. S'escalfa l'aigua al reactor, que és on es produeix la reacció, per què pugui moure una turbina.

Aquest proces de fissió no es sol produir de manera espontània; l'àtom es bombardeixa amb particules que fan que aquest es parteixi deixant anar particules que faran que altres núclis segueixin el mateix procés. Per a maximitzar les probabilitats de què, les partícules impactin amb els núclis, aquests han de portar una velocitat baixa i aquestes partícules han de portar una velocitat òptima per que la reacció sigui eficaç. Aquest fenòmen genera allibera energia en els núclis atòmics que tenen més pes que el núcli de ferro; els que tenen menys pes, són capaços de fissionar però necessiten energia per a produir-se.

Avantatges de la fissió nuclear

A continuació, estan els avantatges de la prodicció d'energia a través del proces de fissió de núclis atòmics.

La primera avantatge, és la seva fascilitat per a produir aquesta reacció és bastant sencilla. La reacció en si és molt simple, com hem explicat anteriorment, únicament es necessita impactar amb un núcli del combustible nuclear per a començar la reacció en cadena.

L'altre gran virtud de la fissió nuclear és l'eficàcia amb la que es produeix la reacció en sí. això fa que sigui un de les principals fonts d'energia de l'actualitat.

Inconvenients de la fissió nuclear

Anteriorment, hem explorat les principals avantatges de la fissió nuclear. En aquest apartat direm els inconvenients de aquesta manera de produir energia elèctrica. Malgrat als inconvenients de la fissió, aquesta, és una de les principals maneres de generar electricitat en l'actualitat.

Un dels principals inconvenients de les centrals nuclears actuals és la perillositat de i l'impacte medianvential que genera la naturalesa de les reaccions que es produeixen al reactor d'aquesta. Cal tenir en compte que al llarg de la història han hagut molts incidents i accidents en diferents centrals nuclears, fent que gran part dels beneficis d'una central van destinats a la seguretat i la formació del personal de la mateixa. Els accidents d'una central estan classificats depenent de la seva gravetat per l'escala internacional d'accidents nuclears.

Incertar imatge al treball final: https://es.wikipedia.org/wiki/Escala_Internacional_de_Accidentes_Nucleares#/media/File:INES_es.svg

En la part de dalt de la piràmide tenim les quatre casselles que corresponen als accidents que estan ordenats de manera que el de major gravetat està en la part de dalt de tot de la piràmide. Un problema amb la central nuclear és pot considerar com accident quan aquest afecta a una àrea mínima d'un municipi o població la qual cosa fa que la central estigui obligada a tancar i a ser desmantellada. Sota del nivell més baix de la categoria d'accidents, estan els incidents, que el més al d'aquests, incident impotant, també ha de tencar la central; quan hi ha un problema a la central i no s'allibera radiació a l'exterior del recinte rep el nom de incident. El nivell més baix de tota la taula és la categoria que rep el nom de desviació.

Un exemple de accident greu seria el cas de Chernobyl l'any 1986, el qual va afectar a gran part del continent europeu. Aquest accident va ser fruït d'una explosió d'hidrogen al reactor deguda a un augment brusc de l'energia mentres es realitzaven proves de tall d'energia a la central nuclear.

Al nostre país han hagut incidents a les centrals nuclears com la de Vandellós I on es va incendiar la zona de les turbines on després aquest foc no es va extendre fins al reactor. Degut a aquest incident, la central va començar el seu proces de desmantellament que encara avuí en dia continua.

L'altre desavantatge seria la seva vida útil i el seu proces de desmantellament. Com ja sabem, quan s'innaugura una nova planta nuclear, aquesta s'haurà de desmantellar quan hagin passat aproximadament uns 40 anys; en el moment en què, es veuen indicis de posibles problemes o estancament tecnològic. Tot això en el millor dels casos on no hi ha hagut cap accident o incident. Quant al proces de desmantellament, aquest és un proces molt lent on s'ha d'anant condicionant la zona per què no s'escapi radiació de la planta. Aquesta central es desmantella per zonas després de haver-se desfet de tot el combustible radiactiu i els residus.

El següent problema amb les plantes nuclears seria els residus radiactius que produeix. Aquest pot ser un dels pitjors problemes juntament amb l'escasedad del combustible nuclear. Aquests residus no només son del combustible sinó dels materials i tecnologia de la central nuclear quan aquesta s'està desmantellant. El gran problema d'aquesta situació és trobar un lloc segur i definitiu on poder deixar aquests residus fins que aquests deixen de ser radiactius després de molts anys. Durant el desmantellament d'una central, s'utilitzen magatzems especials per retenir-los temporalment; però l'enigma està en trobar un lloc on deixar-ho sense perjudicar al medi ambient ni a la població local. Una de les posibles solucions, podrien ser els magatzems geològics, els quals encara estan en fase de desenvolupament. Aquests consisteixen en l'excavació o la reutilització de zones a una profunditat considerable per a enterrar els residus.

Impacte social i mediambiental derivat de la producció elèctrica de fissió

Si analitzem els inconvenients de la generació d'energia elèctrica mitjanzant el proces de fissió nuclear a les centrals; podem veure que, actualment, causem molt impacte mediambiental i social. Encara que, aquest s'ha vist reduit durant els anys.

Pel que fa als accidents, podem afirmar que aquests tenen un impacte mediambiental alt a partir de cert punt de gravetat d'igual manera que en l'impacte social que pot comportar un accident de grans magnituds. Un exemple clar pot ser l'accident de Chernobyl el qual, va qüestionar socialment el funcionament d'un país i també va deixar inhabitable la zona de l'accident a més a més de l'extenció del núvol radioactiu per tot el continent europeu. Sense anar més lluny, es pot agafar com a exemple també l'incident de Vandellós I i el seu impacte social que va tenir al seu voltant.

Quant a l'impacte que generen els residus nuclears, actualment, es busquen cementiris nuclears que puguin causar el mínim impacte ambiental i social, a diferència del passat. Malgrat això, sempre hi apareix cert grau d'impacte.

Per exemple, a l'hora de crear un cementiri nuclear temporal, aquests normalment estan aprop d'una població i és aquesta la que no sol acceptar la proposta amb molta facilitat. Pel que fa als antics cementiris nuclears submarins, que ara no estan permesos, quan es feien servir, podien causar un gran impacte midiambiental als ecosistemes oceànics. Quant als cementiris geològics, són els que menys impacte generen degut a què, l'objectiu de la seva construcció és que siguin de llarga durada i puguin generar el mínim impacte possible.

Fusió

És la reacció en la que dos nuclis atòmics lleugers s’uneixen per formar-ne un de més pesat. Mitjançant la coneguda fórmula E = mc² , es veu com aquest procés desprèn energia pel fet que el pes del nucli pesat format és menor a la suma del pes dels dos nuclis lleugers. Podem pensar que com la diferència de masses és molt petita, el guany d’energia també serà molt petit, però al ser una energia altament concentrada i el fet de que en un gram de matèria hi ha milions d’àtoms, farà que es generi una gran quantitat d’energia. No totes les reaccions de fusió produirien la mateixa energia, això dependrà dels nuclis que s’uneixen i dels productes de la reacció. S’ha arribat a la conclusió que la reacció més fàcil de dur a terme és la de dos isòtops de l’Hidrogen: el deuteri i el triti. Aquests isòtops, que estan formats per un protó i un neutró, i un protó i dos neutrons respectivament, formarien àtoms d’Heli, formats per dos protons i dos neutrons, i també generarien un neutró lliure. Tot això generaria una energia de 17,6 MeV. https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/3/3b/Deuterium-tritium_fusion.svg

Tecnologia

Hem dit que la reacció de deuteri i triti és la més fàcil d’aconseguir, però això no vol dir que sigui senzill fer-ho, de fet, amb la tecnologia actual, per a realitzar aquesta reacció, es necessita més energia de la que podem arribar a generar. Per a realitzar la reacció de fusió de manera correcta s'han de vèncer les forces de repulció que generen els propis àtoms i per a realitzar això hem de generar unes condicions concretes (basades en els procesos nuclears que tenen lloc al Sol) que tecnologicament, no estem capacitats. D’altra banda, s’estan fent investigacions de quins mètodes serien els més eficaços a l’hora de provar la fusió, en un primer moment es va pensar que el mètode idoni seria accelerar els àtoms en un accelerador de partícules per fer-los xocar entre si, però es va veure que seria un mètode ineficaç, a que es gastaria més energia de la que obtindríem.

Altres teories en desenvolupament:

- Fusió per confinament inercial: consisteix en enfocar amb làser esferes de combustible molt comprimides, per així obtenir densitats molt elevades de manera que els nuclis estan molt a prop uns dels altres i per l’efecte túnel es fusionen alliberant grans quantitats d’energia.

- Fusió per confinament magnètic: aquest mètode consisteix en escalfar el combustibles fins als milions de graus centígrads de manera que els nuclis atòmics xoquin entre si per agitació tèrmica, vencent les forces de repulsió. També està basat en l’efecte túnel.

Hem vist que les dues maneres que estem desenvolupant per obtenir energia mitjançant reaccions de fusió es basen en l’efecte túnel. L’efecte túnel és un fenomen quàntic que explica com una particular pot violar els principis de la mecànica clàssica i superar la barrera de potencial que hi ha entre dos nuclis atòmics que estan molt a prop. En el moment que aquest fenomen tingués lloc, seria quan els àtoms es fusionarien alliberant energia.

Comparació de la fusió i fissió

En aquest apartat compararem la fissió amb la fusió nuclear. Per a fer-ho, cal remarcar que actualment, la fusió nuclear és un model teòric i encara no és viable. La fissió nuclear, en canvi, és un mètode que funciona i està aplicat al nostre dia a dia però no és perfecte. És per aquesta raó que s'estan buscant alternatives per mirar de cubrir amb més facilitat les necessitats energètiques.

A diferència de la fissió nuclear, en la fusió, el combustible nucelar és molt més abundant: el deuteri és molt nombrós a l’aigua del mar i el triti és fàcil de produir aprofitant el neutró residual de la reacció. Amb la fissió en canvi, el seu combustible a més a més de ser més perillós, aquest també es caracteritza per la seva escasedad.

La reacció de fusió no és una reacció en cadena això, implica que si en algun moment hi ha una complicació en el procés, aquest simplement es para i deixa de funcionar fent que sigui molt més segur que en les plantes nuclears de fissió actuals reduint les probabilitats d'un possible accident. A més a més, no produeix gasos d’efecte hivernacle, només produeix heli, que no és nociu per l’atmosfera.

Pel que fa als residus, en el proces de fusió, aquests no són radioactius i el procediment de desmantellament d'una central de fusió seria molt més sencill degut a què no hi ha radioactivitat en aquesta, molt menys freqüent ja que, la segueretat seria superior i no caldria només en la majoria dels casos com a molt actualitzar la central en el cas que la planta es quedés obsoleta.

Malgrat totes les avantatges que te la fusió nuclear respecte la fissió, aquesta en l'actualitat és la més viable i funcional posada a la pràctica. Degut a què la fusió només ha pogut estar produida en els laboratoris i actualment utilitza més energia per a produir-se de la que genera; aquesta no és una font d'energia accesible per a la tecnologia del present.

Centrals de Fusió (Projecte ITER)

En aquest moment s'està treballant en un projecte internacional (ITER) , en el qual hi treballen la Unió Europea, Suïssa, Xina, Índia, Japó, Corea del Sud, la Federació Russa i els Estats Units. Esta previst que aquest reactor començi a funcionar en el 2025. La seu esta França, a la regió de Cadarache a prop de Marsella.

Tots ells estan treballant conjuntament per tal de crear un reactor experimental de fusió nuclear. Aquest reactor esta basat en un model rus (Tokamak) que te una forma toroidal, està dissenyat per escalfar els àtoms de deuteri i de triti a temperatures que poden arribar fins als 100 milions de graus centigrads, on els àtoms estan en estat de plasma.

Per tal de mantenir aquest plasma format pels dos isotops de l'Hidrogen, es creen uns forts camps magnètics amb l'objectiu de crear un confinament magnetic en el que el plasma no toqui les parets del contenidors. Aquests camps magnètics es creen amb bobines i amb materials superconductors, que envolten el contenidor on es troba el plasma i per on hi passa una corrent elèctrica.

bibliografia

https://es.wikipedia.org/wiki/Residuo_radiactivo https://es.wikipedia.org/wiki/Cementerio_nuclear https://es.wikipedia.org/wiki/Fusi%C3%B3n_nuclear https://www.youtube.com/watch?v=mZsaaturR6E https://es.wikipedia.org/wiki/ITER https://es.wikipedia.org/wiki/Tokamak https://www.iter.org/proj/inafewlines