«

»

Mar 18 2011

Cum funcționează o centrală nucleară

Mai țineți minte versurile din imn? “Să facem din tun tractoare / Din atom, lumini, izvoare…”. Ei, bine, despre asta va fi vorba azi. Pentru că data trecută am rămas doar la principiul de funcționare a bombei atomice. Ca să extragem niște energie utilă din atom, vă spuneam că e nevoie să controlăm puțin reacția în lanț care apare într-o bucată de, să zicem, uraniu.

Dar să reluăm și detaliem puțin: în primul rînd, energia eliberată prin fisiunea atomilor este convertită în energie termică (sau căldură). Energia asta termică apare din două surse principale: pe de o parte este vorba despre energia cinetică a nucleelor-fiică (rezultatul fisiunii), care, vă spuneam ieri, au viteze de vreo 3% din viteza luminii. Vitezele astea ale particulelor nu reprezintă nimic altceva decît o temperatură mai mare. Deci, s-a generat căldură. În plus, mai intervine dezintegrarea radioactivă a nucleelor-fiică, la rîndul lor radioactive: ele dezintegrează, în timp, prin emiterea de radiații electromagnetice (raze gamma) sau particule alfa (/alpha, care de fapt sînt ansambluri de doi protoni și doi neutroni, deci nuclee de heliu) și beta (/beta, de fapt electroni). La rîndul lor, particulele alfa și beta au viteze mari, deci “agită” și ele mediul în care apar, crescîndu-i temperatura. Iar radiațiile gamma emise în timpul fisiunii sînt și ele reabsorbite, cu același efect. Energia termică e cea cu adevărat utilă, pentru că poate fi convertită în curent electric, prin punerea în mișcare a unei turbine conectate la un generator.

Totodată, mai spuneam că neutronii care apar în procesul fisiunii trebuie să fie termalizați pentru a putea participa la reacția în laț, provocînd fisiunea altor nuclee de uraniu. (Știu, pînă acum am zis “nuclei”, acum am trecut pe “nuclee”, înțeleg că ambele forme sînt acceptate, da’ uneori sună mai bine la masculin, alteori la neutru. O să-mi permit să le amestec în funcție de cum îmi place mie. Sper să-mi permiteți.) Motivul e bine explicat într-un comentariu printr-o analogie a amicului Mostrofontz: dacă Brad Pitt trece în viteză pe lîngă un cuplu, șansele ca ea să-și lase iubitul și s-o taie după actor sînt mai mici decît dacă omul se oprește, schimbă o vorbă, îi face din ochi… Mă rog, presupunînd că Angelina nu-i prin zonă, să mi ți-l căpăcească pe ăsta. Caz în care “secțiunea eficace” este dramatic mai mică și văd că am intrat în bălării. Așa-i cu analogiile astea.  Anyhoo, you get the idea.

Ei bine, ca reacția în lanț să poată fi controlată și utilizată e nevoie de cîteva chestii. În primul rînd, trebuie să putem încetini neutronii. Termalizarea (încetinirea) neutronilor se face cu ajutorul unui moderator (apa, grafitul, ce mai găsim prin casă). În al doilea rînd, căldura degajată în urma proceselor radioactive trebuie să fie cumva preluată de un alt mediu, care să fie în stare să miște o turbină. Aici, tot apa ne rezolvă, deși uneori se folosesc săruri sau metale topite. În principiu, apa preia din căldura rezultată, se evaporă, astfel generăm aburi sub presiune, ăștia pun turbina în mișcare iar apoi sînt condesați la loc și reiau circuitul. Și în al treilea rînd, este nevoie de o metodă de control a reactivității combustibilului, prin reglarea numărului de neutroni care să participe la fisiune. În general, se folosesc așa-zisele “otrăvuri de neutroni” (neutron poisons), materiale care absorb neutronii și care, sub forma unor bare, sînt introduse mai mult sau mai puțin în reactor, scăzînd (sau, prin retragere, crescînd) cantitatea de energie degajată. Cu cele trei probleme rezolvate, putem purcede la construirea unui reactor, precum în imagine.

Dar să revenim puțin la apă. La majoritatea reactoarelor funcționale în prezent, apa normală (H2O) este folosită atît ca moderator cît și ca agent de răcire (de fapt, de preluare a căldurii). Și aici intervine deosebirea majoră dintre cele mai comune două tipuri de reactoare. La primul model, cel din imaginea de mai sus (preluată de pe BBC), căruia i se spune Boiling Water Reactor – BWR, apa care intră în contact cu barele de uraniu preia căldura generată, se evaporă, pune în mișcare turbina, apoi se condensează și reintră în ciclu.

Al doilea model (Pressurized Water Reactor – PWR) folosește apă sub presiune băgată în camera de reacție pentru a prelua căldura de la combustibil. Dar în loc să evapore direct această apă, o trece printr-un generator de aburi, în care apa dintr-un circuit secundar, izolată de cea “radioactivizată” prin intrarea în contact cu uraniul, este evaporată și pune turbina în mișcare. Ăsta e mai sigur, părțile radioactive sînt mai bine izolate de exterior, drept care este modelul cel mai frecvent folosit. (Sursa imaginii: wiki.)

Două cuvinte despre moderator/răcitor. Adică apa. Și în funcție de asta există două tipuri de reactoare: dacă ai posibilitatea să îmbogățești uraniul (adică să crești concentrația de 235U din combustibil), poți folosi apă normală (desigur, demineralizată) pentru a modera neutronii. Dacă, pe de altă parte, procesul de îmbogățire a uraniului e prea scump pentru buzunarul tău, poți folosi uraniu natural, dar atunci moderarea trebuie să fie mai eficientă, drept care vei folosi apă grea. Adică apă în care hidrogenul mai are un neutron pe lîngă protonul din nucleu (d-aia e mai grea, literalmente). Pentru că apa grea e mult mai eficientă la încetinirea neutronilor, deci mai mulți vor fi mai potoliți și vor putea susține reacția în lanț.

Ei bine, reactorul nostru de la Cernavodă e din ăla cu apă grea, de tip PWR. Reactoarele de la Daiichi, ăstea care au probleme de o săptămînă încoace, sînt de tip BWR. Dar nu asta le-a cauzat problemele. Despre care vorbim la următoarea întîlnire.

14 comments

Skip to comment form

  1. aurelian

    pai la Daiichi au ramas fara curent si d’aia…. 8)

    1. Victor

      Neah, la Daiichi au uitat usa deschisa si a intrat pisica si a mancat otrava pentru neutroni.

  2. Mostrofontz

    Uite o chestie interesanta istoric despre imbogatitul asta al uraniului: cand au facut americanii boambele alea atomice, aveau nevoie de uraniu imbogatit (sau plutoniu; da’ si p-ala tot din uraniu il faci, ca nu prea e prin natura), ca spre deosebire de centrale, boambele, din fericire, nu merg cu uraniu natural. Ceea ce e foarte bine, ca altfel le facea orice nebun in curtea din spate! Ei, si-au facut americanii ditai combinatul la Oak Ridge, sa imbogateasca uraniul ala, iar prin 1943 s-au apucat de treaba. Prin cea mai scumpa si mai ineficienta metoda: separarea electromagnetica (aia cu difuzie a inceput abia in ’45). Acu’ ne da mana sa zicem asa, da’ atuncea lor le trebuia “marfa” repede, n-aveau timp de pierdut, asa ca au ales-o p-asta fiindca stiau sigur ca merge. Ei, si ca sa faca separarea asta electromagnetica aveau nevoie, logic, de un electromagnet! Si inca unu’ d-ala adevarat, nu orice ciuruc acolo. Si fiindca cupru nu prea se gasea, ca-l foloseau la alte alea (citeste “gloante”), din ce au facut ei bobinele? Pai din ce erau sa le faca “saracii”: logic, din argint! Ca daca n-ai paine, bagi cozonac, nu? 12300 de tone de argint, la vreo 300 de milioane de parai! Da’, da asa le-au dat de lucru lu’ Fermi, si alti baieti destepti (astia erau baieti destepti la propriu!) care s-au apucat de facut boambe…
    http://en.wikipedia.org/wiki/Y-12_National_Security_Complex

  3. Doru

    Mostrofontzu’… vazui “Einstein’ big…”. Facut ca pentru tantalai ashe, mai ca mine. Amu asimilez sensurile lui E=mc^2, partea cu transformarea energiei in masa odata cu cresterea vitezei. Cre’ ca incep sa pricep care-i treaba cu “nimic nu se pierde, totul se transforma”. :mrgreen:
    Buey, e bestial documentaru’, chiar daca pe alocuri m-a cam enervat romantzu’ ala poate prea prezent uneori… :lol:

    1. Mostrofontz

      Da, recunosc, pot sa fie enervante pupacelile, dar stii tu ca nimic nu-i perfect! S-apoi iti arata ca pana si Einstein era om si el, cu bune si rele, nu era doar un cap si-atata…
      Ma bucur ca ti-a placut si ca nu consideri ca ti-ai pierdut vremea degeaba. Documentarele BBC sunt foarte bine facute.
      Daca tot esti la capitolul asta iti recomand si Voyages of Discovery (http://www.imdb.com/title/tt0977635/episodes); 5 episoade de cate 50 de minute; le gasesti pe toate in “golful piratilor”. Favoritele mele sunt nr. 3, cu Fridtjof Nansen si, practic la egalitate, nr. 4, cu “cifra pamantului”. Amandoua exceptionale, zic eu, si prezinta lucruri mai putin cunoscute.

      1. Doru

        Senks! :wink: L-am bifat in lista, mintenash ma bag sa vaz Zero absolut si las sa-mi aduca acasa si ce mi-ai dat. Nu degeaba zicea tatutzu’ ca nu-i bine sa nu ma uit chiar deloc la teveu, cum am zis ca fac de vreo doi ani incoa’… avea el dreptate cu ce poti sa pierzi :roll:

  4. Una

    Multumim pentru poza si analogia cu Brad Pitt!
    Articolul a devenit brusc mai citibil si inteligibil :)

  5. Victor

    Tata Uraniule, stii ce ar fi interesant (cel putin pentru mine)? Sa explici cum ar functiona teoretic un reactor de fuziune. Stiu ca se fac progrese in acest sens si poate maine-poimaine vor reusi sa controleze o reactie de fuziune. Ar fi misto sa stim si noi cam la ce s-au gandit.
    Mi-ar mai placea sa stiu si cum se calculeaza puterea exploziilor nucleare in functie de cantitatea de combustibil radioactiv (uraniu sau plutoniu).
    Tin sa te felicit pentru documentarul asta foileton despre fisiune. Extrem de instructiv. Multumesc.

    1. Tata Uraniu

      Ajungem și acolo, Victore. De fapt, există unele experimentale, iar progrese chiar s-au făcut.
      Iar Doru are dreptate: dacă știi ce energie eliberează un atom la fisiune, sau mai mulți la fuziune, e relativ ușor să estimezi puterea unei explozii. Tot ce mai ai de făcut e să numeri atomii care intră-n joc. 8)
      Mulțam de felicitări, we aim to please! :wink:

  6. Doru

    Victor, pana vine tatutzu’ cu raspunsu’ la puterea aia, sa ma bag si io in seama c-o prostie: cred ca puterea se calculeaza cumva [si] cu ajutorul ecuatiei lui Einstein, aia cu energia si masa plus c la patrat.

    1. Doru

      Ma rog, plus ala nu face parte din ecuatie ci ii tine locul conjunctiei “si”. Relatia matematica e produs, nu suma :P
      Moaaamaaaa, ce dashtept ma facui dintr-o data! :mrgreen:

  7. shuffle

    Reactorul nostru de la Cernavoda e de tip PHWR – Pressurized Heavy Water Reactor.

  8. georgiana

    o greseala foarte mare :citez:””Ei bine, reactorul nostru de la Cernavodă e din ăla cu apă grea, de tip PWR.””””
    Tin sa specific ca Reactorul de la Cernavoda foloseste intr-adevar apa grea ca moderator dar nu este de tip PWR ci de tip PHWR deoarece cele de tip PWR(Pressurized Water Reactor ) foloseste apa usoara(H2O) atat ca moderator cat si ca agent de racire. pe cand PHWR(Pressurized Heavy Water Reactor)foloseste D2O(apa grea)multa grija la scriere pt ca multi nu citesc cu atentie si memoreaza o informatie gresita. :wink:

    1. Tata Uraniu

      Cînd am spus PWR era în opoziție cu BWR, ca principiu de funcționare. Cîtă vreme am pomenit deja că e cu apă grea, să spun PHWR ar fi fost redundant. Altfel, dacă e s-o luăm după acronime, așa-i, la Cernavodă e un PHWR. Adică un PWR cu apă grea, nu? :D

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *

:D :-) :( :o 8O :? 8) :lol: :x :P :oops: :cry: :evil: :twisted: :roll: :wink: :!: :?: :idea: :arrow: :| :mrgreen: