Elev : Barna Alin

1

Fisiunea nucleara

• Elev Barna Alin
• Moldovan Adrian
• Pop Sergiu

2
Cuprins

• Scurt istoric
• Aspecte fizice
• Fisiune spontana si fisiunea indusa reactii în
  lant
• Reactoare de fisiune
• Scurt istoric
• Bibliografie

3
Scurt istoric

• Rezultatele bombardarii uraniului cu neutroni
  s-au dovedit a fi interesante si enigmatice.
  Studiate prima data de Enrico Fermi si colegii
  lui în 1934, nu au fost interpretate corect decât
  dupa multi ani mai târziu.
• Pe 16 ianuarie 1939, danezul Niesl Bohr ajungea
  în Statele Unite pentru a locui câteva luni în
  Princeton, New Jersey, si hotarât sa discute, în
  mod particular, unele probleme abstracte cu
  Albert Einstein. (Patru ani mai târziu Bohr a
  fugit din Danemarca ocupata de nazisti). Chiar
  înainte ca Bohr sa paraseasca Danemarca (la
  bordul unei vapor), doi dintre colegii sai, Otto
  Robert Frisch si Lise Meitner (amândoi refugiati
  din Germania) i-au comunicat banuiala ca
  absorbtia neutronului de nucleul de uraniu
  conduce uneori la spargerea nucleului în parti
  aproximativ egale si eliberarea unei enorme
  cantitati de energie, proces pe care ei l-au
  botezat fisiune nucleara (asemanator
  fisiunii/divizarii celulelor vii din biologie)

4
Fisiunea

• Fisiunea este o reactie nucleara care are drept
  efect ruperea nucleului in 2 (sau mai multe)
  fragmente de masa aproximativ egala, neutroni
  rapizi, radiatii si energie termica.
• Elementele care fisioneaza cu neutroni termici,
  se numesc materiale fisile. Ex. 233U, 235U,
  239Pn, 241Pu. Elementele care fisioneaza cu
  neutroni rapizi, se numesc materiale fisionabile
  iar, cele care prin captura de neutroni se
  transforma în materiale fisile, sunt considerate
  materiale fertile. Ex. 232Th, 238U.
• Ex. fisiune 235U
• Energia de fisiune se repartizeaza, ca energie
  cinetica fragmentelor de fisiune, comportandu-se
  ca particule cu parcurs mic.
• Neutronii rezultati din fisiuni se incadreaza in
  doua grupe prompti si intarziati. Cei prompti
  sunt eliberati odata cu fragmentele de fisiune
  (FF) (chiar de catre FF, dupa 10-14s) si au
  energii de max. 6 MeV, energia probabila fiind de
  0,85 MeV. Simultan se emite radiatia ? prompta.
  Neutronii intarziati sunt emisi ca produsi de
  dezexcitare a unor nuclee care apar ca urmare a
  dezintegrarii ß- a FF.

5
Fisiunea nucleara

• Fisiunea nucleara, cunoscuta si sub denumirea de
  fisiune atomica, este un proces în care nucleul
  unui atom se rupe în doua sau mai multe nuclee
  mai mici, numite produsi de fisiune si, în mod
  uzual, un numar oarecare de particule
  individuale. Asadar, fisiunea este o forma de
  transmutatie elementara. Particulele individuale
  pot fi neutroni, fotoni (uzual sub forma de raze
  gamma) si alte fragmente nucleare cum ar fi
  particulele beta si particulele alfa. Fisiunea
  elementelor grele este o reactie exotermica si
  poate sa elibereze cantitati substantiale de
  energie sub forma de radiatii gamma si energie
  cinetica a fragmentelor (încalzind volumul de
  material în care fisiunea are loc).

Face-ti clic pe cuvintele subliniate pentru a
vedea animatia
6
Aspecte fizice

• Fisiunea nucleara difera de alte forme de
  dezintegrare radioactiva prin aceea ca ea poate
  fi amorsata si controlata pe calea reactiei în
  lant neutroni liberi eliberati de fiecare
  eveniment de fisiune pot declansa în continuare
  alte evenimente care, la rândul lor elibereaza
  mai multi neutroni si pot determina mai multe
  fisiuni. Izotopii chimici care pot sa sustina o
  reactie de fisiune în lant se numesc combustibili
  nucleari si se spune ca sunt fisili

7

• Evenimentele tipice de fisiune elibereaza câteva
  sute de MeV de energie pentru fiecare atom
  fisionat, acesta fiind si motivul pentru care
  fisiunea nucleara este folosita ca sursa de
  energie. Prin contrast, cele mai multe reactii
  chimice de oxidare (cum ar fi arderea carbunelui
  sau TNT) elibereaza, în general, câteva zeci de
  eV per eveniment, astfel încât combustibilul
  nuclear contine cel putin de zece milioane de ori
  mai multa energie utilizabila decât combustibilul
  chimic. Energia fisiunii nucleare este eliberata
  ca energie cinetica a produsilor si fragmentelor
  de fisiune si ca radiatie electromagnetica sub
  forma de raze gamma într-un reactor nuclear
  energia este convertita în caldura prin ciocnirea
  acestor particulelor si radiatii cu atomii
  reactorului si ai fluidului de lucru apa sau apa
  grea.

8

• Cei mai comuni combustibili nucleari, 235U si
  239Pu nu sunt periculosi radiologic prin ei
  însisi 235U are timpul de înjumatatire de
  aproximativ 700 milioane de ani, evenimentele
  spontane de dezintegrare fiind extrem de rare
  chiar daca 239Pu are timpul de înjumatatire de
  aproape 24.000 ani, el este un emitator de
  particule alfa si, deci, nepericulos atâta timp
  cât nu este ingerat. Dupa arderea
  combustibilului nuclear, materialul combustibil
  ramas este intim mixat cu produsi de fisiune
  puternic radioactivi care emit particule beta
  energetice si radiatii gamma. Unii produsi de
  fisiune au timpi de înjumatatire de ordinul
  secundelor altii au timpi de înjumatatire de
  ordinul zecilor sau sutelor de ani, cerând
  facilitati deosebite de stocare pâna la
  dezintegrarea lor în produsi stabili
  neradioactivi.

9
Fisiune spontana si fisiunea indusa reactii în
lant

• Multe elemente grele, cum ar fi uraniu, toriu si
  plutoniu, sufera ambele tipuri de fisiuni
  fisiunea spontana, ca o forma a dezintegrarii
  radioactive si fisiunea indusa, o forma a
  reactiei nucleare. Izotopii elementari fisioneaza
  când sunt loviti de un neutron liber (rapid) se
  numesc fisionabili izotopii care fisioneaza când
  sunt loviti cu neutroni lenti (neutroni termici)
  sunt numiti fisili. Câtiva fisili particulari si
  izotopii usor de obtinut (ca 235U si 239Pu) se
  numesc combustibili nucleari deoarece ei pot sa
  sustina o reactie în lant si pot fi obtinuti în
  cantitati destul de mari pentru a fi
  utilizati.http//www.youtube.com/watch?vHmbzJGf90
  Xcfeaturerelated
• Toti izotopii fisionabili si fisili sufera si un
  numar mic de fisiuni spontane care elibereaza un
  numar mic de neutroni liberi (rapizi) în
  interiorul esantionului de combustibil nuclear.
  Neutronii emisi rapid din combustibil devin
  neutroni liberi, cu un timp de înjumatatire de
  aproape 15 minute înainte sa se dezintegreze în
  protoni si radiatii beta

10

• Concentratia de combustibil care permite
  mentinerea unei reactii nucleare în lant se
  numeste concentratie critica daca concentrarea
  de material este formata în totalitate de nuclee
  de combustibil avem de a face cu masa critica.
  Cuvântul critic se refera la extremul unei
  ecuatii diferentiale care guverneaza numarul de
  neutroni liberi prezenti în combustibil daca
  sunt mai putini decât masa critica, atunci
  numarul de neutroni este determinat de
  dezintegrarea radioactiva dar daca sunt mai
  multi neutroni sau cel putin masa critica, atunci
  numarul neutronilor este controlat mai degraba de
  fizica reactiei în lant. Valoarea masei critice a
  unui combustibil nuclear depinde puternic de
  geometrie si materialele ambiante
  (înconjuratoare).
• Izotopii fisionabili dar nefisili pot fi folositi
  ca sursa de energie de fisiune fara reactie în
  lant. Bombardând 238U cu neutroni rapizi se induc
  fisiuni si se degaja energie atâta timp cât este
  prezenta sursa de neutroni. Acest efect este
  folosit pentru cresterea energiei eliberate de
  armele termonucleare, prin blindarea bombelor cu
  238U ce interactioneaza cu neutronii eliberati de
  fuziunea nucleara din centrul bombei.

11
Reactoare de fisiune

• Reactoarele cu fisiune critica reprezinta cel mai
  comun tip de reactor nuclear. Într-un astfel de
  reactor, neutronii produsi de fisionarea atomilor
  combustibilului sunt folositi pentru a induce, în
  continuare, alte fisiuni si pentru a mentine
  controlul cantitatii de energie eliberata.
  Reactoarele în care se produc fisiuni dar nu
  fisiuni autoîntretinute se numesc reactoare de
  fisiune subcritice. Pentru declansarea fisiunii
  în acest tip de reactoare se folosesc fie
  dezintegrarile radioactive, fie acceleratoare de
  particule

Face-ti clic pe poze pt detali
12

• Reactoarele cu fisiune critica sunt construite
  pentru trei scopuri principale care, în general,
  presupun metode diferite de exploatare a caldurii
  si a neutronilor produsi prin reactia de fisiune
  în lant
• reactoarele de putere, gândite sa produca
  caldura, indiferent daca ele fac parte din
  centrale terestre sau din sistemele de putere de
  pe vapoare si submarine nucleare
• reactoarele de cercetare, gândite sa produca
  neutroni si/sau sa activeze surse radioactive
  destinate cercetarilor stiintifice, medicale,
  ingineresti etc.
• reactoarele reproducatoare, gândite sa produca
  combustibili nucleari în masa plecând de la alti
  izotopi mai abundenti. Cel mai cunoscut reactor
  de acest tip creeaza 239Pu (combustibil nuclear)
  din izotopul natural foarte abundent 238U (nu
  este combustibil nuclear).

13

• Desi, în principiu, orice reactor de fisiune
  poate sa functioneze în toate cele trei moduri,
  în practica fiecare reactor este construit numai
  pentru una dintre aceste trei sarcini.
  (Contra-exemplu reactorul N de la Hanford, în
  prezent dezafectat). Reactoarele de putere
  convertesc energia cinetica a produsilor de
  fisiune în caldura utilizata la încalzirea unui
  fluid de lucru care, la rândul sau, este trecut
  printr-un motor termic ce genereaza energie
  (putere) mecanica sau electrica. Fluidul de lucru
  este în mod uzual apa într-o turbina cu aburi,
  dar unele reactoare folosesc alte materiale cum
  ar fi heliu. Reactoarele de cercetare produc
  neutroni care sunt folositi în diferite moduri,
  caldura de fisiune fiind tratata ca un deseu
  inevitabil. Reactoarele reproducatoare sunt
  specializate din reactoarele de cercetare cu
  mentiunea ca materialul ce urmeaza a fi iradiat
  este combustibilul însusi (un amestec de 238U si
  235U).

14
Bibliografie

• http//scrapetv.com/News/News20Pages/usa/pages-5/
  Rise-in-irradiated-freaks-forces-shutdown-of-radio
  active-water-wells-Scrape-TV-The-World-on-your-sid
  e.html
• http//www.cne.ro/m.aspx?id77it3p2
• http//www.nucleu.ro/
• http//www.scritube.com/geografie/ecologie/ACCIDEN
  TE-NUCLEARE1519101211.php
• http//www.newspad.ro/Cum-functioneaza-o-centrala-
  nucleara,396154.html
• Wikipedia.com

15
Atomul
16
Reactia de fisiune
236U
235U
141Ba
92Kr
17
Circuitul apei de racire
Bare de control
Turbine
Generator
Turn de apa
condensator
Moderator
Material fisionabil
Fluid de reacire
Apa pentru racirea fluidului de racire
18
(No Transcript)