Centrais Nucleares (parte I)Ciencias para o Mundo Contemporáneo

Unha central eléctrica nuclear é una instalación onde a enerxía mecánica que se necesita para mover o rotor do xerador eléctrico obtense a partir do vapor formado ó ferver auga nun reactor nuclear.

A teoría atómica-molecular de principios do século XIX afirmaba que a materia era descontinua xa que estaba formada por moléculas que podían dividirse en átomos indivisibles. Diferenza entre elementos químicos (moléculas de compostos químicos) formados por átomos iguais entre si e moléculas dos corpos compostos formadas por átomos de varias clases. Definíase o átomo como a parte máis pequena e electricamente neutra da que está composta un elemento químico e que pode intervir nas reaccións químicas sen perder a súa integridade. O modelo atómico actual establece que o átomo é divisible nas “partículas elementais”. No átomo diferenciases un núcleo con protóns e neutróns e unha cortiza con tantos electróns xirando ó redor do núcleo como protóns hai neste último (electricamente neutro). Estas partículas elementais son:

Carga

(C)Masa (UMA)

Electrón -1’6 · 10-19 1/1840

Protón +1’6 · 10-19 1

Neutrón 0 1

Un nucleón posúe dous estados: protón e neutrón.Un neutrón pode desintegrarse nun protón máis un electrón. Un

protón pode transformarse nun neutrón emitindo un electrón positivo / positrón (e+).

Existen máis de cen partículas elementais, que se desintegran noutras como os muóns, os tauóns, mesóns, hiperóns… Un neutrino é unha partícula que carece de masa e de carga, pero posúe enerxía e movemento.

Tamén existen antipartículas de cada partícula, que posúe a mesma masa e igual carga pero de signo contrario (antiprotón, antielectrón / positróns…) Estas antipartículas son de vida moi curta xa que canso se atopan coa súa partícula destrúense liberando enerxía.

X = símbolo do elemento A-Z = número de neutróns

A = número másico = número de protóns + número de neutróns

Z = número atómico = número de protóns = número de electróns (átomo neutro)

Un isótopo é unha especie dun mesmo elemento químico que posúe o mesmo número atómico / de protóns (Z) que os demais átomos dese elemento pero diferente número másico / de neutróns (A); os isótopos dun elemento diferéncianse na súa masa. ( = Z, ≠ A )Ex.: Os tres isótopos do Hidróxeno son:

● PROTIO: 1 protón + 0 neutróns (A=1)● DEUTERIO: 1 protón + 1 neutróns (A=2)● TRITIO: 1 protón + 2 neutróns (A=3)

REACCIÓNS NUCLEARES

1

Centrais Nucleares (parte I)Ciencias para o Mundo Contemporáneo

As reaccións nucleares son as interaccións entre núcleos atómicos ou entre núcleos atómicos e partículas elementais. A descomposición espontánea dunha molécula inestable é a reacción nuclear máis simple (radioactividade). Para producir unha reacción nuclear, normalmente, é preciso comunicar ó sistema inicial unha enerxía de activación. Na reacción libérase enerxía en forma de enerxía cinética dos produtos da reacción.

Os tipos de radiacións nucleares máis importantes son:● Dispersión: a partícula emerxente é da mesma natureza que a partícula

proxectil. Diferéncianse:● DISPERSIÓN ELÁSTICA: a enerxía cinética total dos produtos finais é

igual á dos iniciais.● DISPERSIÓN INELÁSTICA: : a enerxía cinética total dos produtos

iniciais é menor á dos finais.● Captura: a partícula proxectil é absorbida polo blanco sen que se produza

ningunha partícula emerxente, excepto fotóns gamma.● Fisión: o núcleo pesado rómpese en fragmentos de igual magnitude emitindo

neutróns e radiación gamma e liberando moita enerxía.Reacción nuclear de fisión en cadea

A fisión nuclear é unha reacción que se produce mediante ó bombardeo con neutróns de determinados núcleos (núcleos fisionables). A fisión nuclear en cadea é un proceso de fisións nucleares sucesivas nas que todos os neutróns liberados orixinan novas fisións. (Ó romperse o núcleo blanco libéranse varios neutróns cunha enerxía igual ou superior á dos neutróns incidentes, o que permite que estes neutróns producidos dan lugar a novas fisións, e así sucesivamente. Tratase dunha reacción en cadea cando é capaz de manterse por si soa).

Un neutrón que reacciona cun núcleo dá lugar a súa fisión, liberando neutróns. Parte destes neutróns darán lugar a novas fisións, outra parte escapará ó exterior ou será absorbida polos núcleos doutros elementos.

● Conxunto crítico: aquel no que o número de neutróns do primeiro grupo é igual á unidade, cun número constante de fisións por unidade de tempo. Obtense unha reacción autosostida.

● Conxunto hipercrítico: aquel no que o número de neutróns útiles para producir novas fisións é maior ca unidade, cun número crecente de reaccións por unidade de tempo.

● Conxunto subcrítico: aquel no que o número de neutróns fose menor que a unidade o número de fisións por unidade de tempo decrecería.

● Fusión: dous núcleos lixeiros únense producindo o núcleo dun átomo máis pesado liberando partículas elementais e moita enerxía (estrelas).Reacción nuclear de fusión en cadea

A fusión nuclear é a unión de dous núcleos lixeiros para dar outro máis pesado. Os núcleos lixeiros deben aproximarse a distancias extremadamente curtas polo que deben ter unha velocidade enorme (moi alta temperatura). Estas reaccións danse permanentemente no Sol entre dous núcleos de hidróxeno

1

Centrais Nucleares (parte I)Ciencias para o Mundo Contemporáneo

fusionados para dar helio. Radioactividade

A radioactividade é a propiedade dun átomo de emitir radiacións sen ser excitado previamente. Foi descuberta por Becquerel. É unha reacción nuclear de “descomposición espontánea”, na que un núcleo inestable se descompón noutro máis estable emitindo unha radiación. Se o núcleo fillo non é estable este proceso repítese ata que o sexa, coñecéndose como familia / serie radioactiva ós sucesivos núcleos do conxunto de desintegracións. Existen tres clases de radiacións:

● Alfa (α): radiación corpuscular con masa e carga positivas. Fórmase pola desintegración dun núcleo. Emítense protóns e neutróns.

● Beta (β): radiación corpuscular con escasa masa e carga negativa. Fórmase pola transformación dun neutrón nun protón que queda no núcleo fillo. Emítense electróns.

● Gamma (γ): radiación electromagnética de natureza ondulatoria sen masa nin carga. Non existe no núcleo de orixe, é a enerxía que se emite como consecuencia dun reaxuste enerxético no núcleo.

● Emisión de neutróns: radiación de neutróns que posúe masa, pero sen carga eléctrica.

As leis (descubertas por Soddy) que rexen os distintos tipos de radiacións son:● Na desintegración α emítense dous protóns e dous neutróns polo que o núcleo

fillo retrocede dous postos no sistema periódico e ten catro unidades menos de masa que o núcleo pai.

● Na desintegración β- un neutrón transfórmase nun protón emitindo un electrón polo que o núcleo fillo avanza un posto no sistema periódico e a mesma masa que o núcleo pai.

● Na desintegración β+ o núcleo fillo ten un protón menos que o núcleo pai polo que o núcleo fillo retrocede un posto no sistema periódico e a mesma masa que o núcleo pai.

● Na emisión γ que acompaña as desintegracións α e β desexcitanse os núcleos excitados.

● Na emisión de neutróns o núcleo fillo é un isótopo con masa menor do núcleo pai.

O período de desintegración (T) é o tempo que debe transcorrer para que a cantidade de sustancia radioactiva de reduza a metade; xa que, ó desintegrarse, a cantidade de substancia que non se desintegra diminúe exponencialmente co tempo. T pode variar moito: dende fraccións de segundo ata millóns de anos. (A probabilidade de que se desintegre un átomo radiactivo é constante ó longo do tempo).

1

Centrais Nucleares (parte I)Ciencias para o Mundo Contemporáneo

1