Processos d'obtencio i enriquiment dels combustibles nuclears

Combustibles Nuclears: Son els elements que en condicions adequades poden produir reaccions nuclears de fusio i fissio, energeticament aprofitables.

Per a les reaccions de fusio, el combustible utilitzat es el deuteri i el triti, que son isotops de l'hidrogen (molt abundand a la natura).
Els combustibles fusionables son l'urani 235, el plutoni 239 i l'urani233. D'aquests nomes es troba a la natura l'U235, els altres s'originen en els reactors nuclears a partir de materials fertils (U238 i T232).

Materials Fertils: Son els que es converteixen en materials fusibles a partir de reaccions nuclears de captura i canvi radioactiu.

Hi ha reactors que utilitzen com a combustible l'urani natural, que esta format per un 99.27% d'U238, un 0,72% d'U235 i la resta per U234. La majoria de reactors comercials necessiten per al seu funcionament l'urani enriquit, en el qual la proporcio d'U235 ha augmentat el 3 o 4%.
La localitzacio de jaciments d'urani es relativament facil, gracies a la radioactivitat que emeten. Moltes explotacions son a cel obert, i el mineral s'extreu amb força facilitat.
Per obtenir urani natural, el mineral se sotmet a una serie de transformacions que formen part del que se'n diu circle del combustible, per separar l'oxid d'urani del mineral. Els processos d'enriquiment per obtenir urani enriquit, son molt complexos i costosos.

Reaccions De Fissió

Aquestes reaccions consisteixen a provocar la ruptura del nucli d'un àtom amb l'impacte d'un neutró.
L'interès més gran del procés de fissió està en el fet que per cada nucli escindit s'emeten dos o tres neutrons que poden escindir altres nuclis d'urani, i així successivament (reacció en cadena). D'aquesta manera iniciada la reacció nuclear, es pot mantenir per si mateixa sempre que es disposi d'una quantitat d'àtoms d'urani suficients, anomenada massa crítica.
Reactor Nuclear: es un sistema per produir i controlar reaccions en cadena sostingudes de manera que permetin aprofitar l'energia termica obtinguda.

Reaccions De Fusió

En aquestes reaccions s'uneixen nuclis d'elements lleugers per formar nuclis més pesants.
Aquestes reaccions desprenen molta energia; reaccions de fusió semblants a aquestes són les que es produeixen espontàniament al Sol i a les estrelles.
La dificultat està en el fet que calen grans quantitats d'energia per iniciar la reacció, ja que els nuclis tenen càrrega elèctrica positiva i es repel·leixen quan s'acosten. Aquestes repulsions només es poden vèncer si les partícules tenen una energia cinètica molt gran.

L'estat actual de les investigacions passa per obtenir un confinament del plasma i aconseguir una reacció. S'espera que una vegada aconseguides aquestes metes la fusió nuclear sigui la font per obtenir energia elèctrica barata, il·limitada, segura i mediambientalment acceptable.

Reaccions Nuclears

Transformació nuclear: Una transformació nuclear o reacció és qualsevol procés de transformació que implica el nucli d'un àtom.

La radioactivitat és fruit de reaccions nuclears i, si bé es poden aconseguir petites quantitats d'energia, existeixen dos tipus de reaccions nuclears artificials en què es poden aconseguir grans quantitats d'energia. Són les reaccions de fissió i fusió nuclears.

L'energia del nucli atòmic

L'energia nuclear és l'energia continguda en el nucli dels àtoms.

Quan neutrons i protons formen un nucli atòmic resulta una massa inferior a la suma de les masses dels protons i dels neutrons originals considerades independentment. La pèrdua de massa correspon a una transformació d'energia anomenada energia d'enllaç, necessària per mantenir molt unides i cohesionades les partícules del nucli. La massa que s'ha perdut s'ha transformat en energia d'enllaç.
Per això, en totes les reaccions nuclears, s'allibera una certa quantitat d'energia, que és la diferència entre les energies d'enllaç anteriors i posteriors al procés, i que correspon a la diferència de massa atòmica entre els elements resultants de la reacció i els inicials.
Però, tot i que ho sembli, no tota la matèria es pot transformar en energia perquè la majoria d'elements son estables i els materials radioactius naturals l'emeten molt lentament. S'han aconseguit alguns isòtops radioactius artificials per proporcionar petites quantitats d'energia. S'utilitzen en instruments per a satèl·lits artificials i en els marcapassos.

Radioactivitat

Radioactivitat Natural: És el fenòmen de la transformació o transmutació nuclear espontània.

Un nucli d'un àtom es transforma espontàniament en un altre, sense cap ajuda exterior. Els materials en què es produeix aques fenòmen s'anomenen materials o elements radioactius.
En aquesta transmutació nuclear espontània el nucli de l'àtom emet radiacions a gran velocitat. La radiació emesa pot ser de dos tipus: Radiació electromagnètica (raigs gamma) i radiació de partícules (partícules alfa i partícules beta). Un mateix element només pot emetre alhora radiacions alfa i gamma o radiacions beta i gamma.
Aquestes radiacions són conegudes com a radiacions ionitzants, perquè tenen energia suficient per penetrar la matèria i ionitzar-ne els àtoms i/o les molècules. Això les da molt perilloses, però també útils.
Quan un àtom d'un element radioactiu emet una partícula alfa, surten del nucli dos protons i dos neutrons (que seran un nucli d'heli, amb càrrega positiva).

Isòtops Radioactius Artificials: S'obtenen mitjançant el bombardeig de nuclis amb partícules projectil alfa, beta i gamma i, sobretot, neutrons.

L'energia nuclear -

L'energia nuclear s'obté dels canvis que es produeixen en els nuclis dels àtoms en les anomenades reaccións nuclears.

L'estructura d'un àtom està formada per un nucli, amb protons i neutrons, i, girant al seu voltant, electrons en diferents òrbites el·líptiques segons el nombre i el nivell d'energia.

Un àtom es caracteritza pel nombre de protons que té el seu nucli. Tots els àtoms amb el mateix nombre de protons en el nucli, son àtoms del mateix element. Així, per exemple tots els àtoms d'urani tenen 92 protons, tots els d'oxigen en tenen 8 i tots els d'hidrògen només un.

Nombre Atòmic(Z): El nombre atòmic d'un element és el nombre de protons que un àtom d'un element determinat té en el seu nucli.

Nombre Màssic(A): El nombre màssic o la massa atòmica és el nombre de protons més el de neutrons d'un àtom.
- Un element es pot presentar amb diferents nombres màssics.

Isòtops: Els isòtops d'un element són els àtoms d'un mateix element amb el nombre màssic i de neutrons diferent.