Back

ⓘ Nuklearna tehnologija primenjuje nuklearne reakcije atomskih jezgara. Medu zapaženim nuklearnim tehnologijama su nuklearni reaktori, nuklearna medicina i nuklea ..



Nuklearna tehnologija
                                     

ⓘ Nuklearna tehnologija

Nuklearna tehnologija primenjuje nuklearne reakcije atomskih jezgara. Medu zapaženim nuklearnim tehnologijama su nuklearni reaktori, nuklearna medicina i nuklearno oružje. Ova tehnologija se takode koristi, izmedu ostalog, u detektorima dima i puščanim nišanima.

                                     

1.1. Istorija i naučna pozadina Otkriće

Velika većina uobičajenih, prirodnih pojava na Zemlji uključuje samo gravitaciju i elektromagnetizam, a ne nuklearne reakcije. To je zato što se atomska jezgra uglavnom drže odvojenо, jer sadrže pozitivne električne naboje i stoga se odbijaju.

Godine 1896, Anri Bekerel je istraživao fosforescentnost uranijumovih soli kada je otkrio novi fenomen koji je nazvan radioaktivnost. On, Pjer Kiri i Marija Kiri započeli su sа istraživanjem fenomena. U procesu su izolovali element radijum, koji je visoko radioaktivan. Oni su otkrili da radioaktivni materijali proizvode intenzivne, prodorne zrake tri različita tipa koje su označili sa alfa, beta i gama po prva tri grčka slova. Neka od ovih vrsta zračenja mogu proći kroz običnu materiju, a sva mogu biti štetna u velikim količinama. Svi rani istraživači dobili su razne radijacione opekotine, nalik na opekotine od sunčanja, mada nisu obraćali puno pažnje na to.

Novi fenomen radioaktivnosti preuzeli su proizvodači nadrilekarskih preparata kao što su ranije činili sa otkrićima struje i magnetizma, a predstavljeni su i brojni patentni lekovi i lekovi koji uključuju radioaktivnost. Postepeno se shvatilo da je radijacija proizvedena radioaktivnim raspadom jonizujuće zračenje i da čak i količine koje su premale da izazovu opekotine mogu predstavljati ozbiljnu dugoročnu opasnost. Mnogi naučnici koji su radili na radioaktivnosti umrli su od raka usled izloženosti. Radioaktivni patentni lekovi su uglavnom nestali, ali niz drugih primena radioaktivnih materijala se zadržao, poput primene radijumovih soli za proizvodnju svetlećih brojčanika na brojilima.

Kako se povećavalo poznavanje atoma, priroda radioaktivnosti postala je jasnija. Neka veća atomska jezgra su nestabilna i stoga se raspadaju oslobadajuću materiju ili energiju nakon randomnog intervala. Tri oblika zračenja koje su Bekerel i Kirijevi otkrili takode su potpunije shvaćeni. Alfa raspad se javlja kada jezgro oslobada alfa česticu, koja se sastoji od dva protona i dva neutrona, što je ekvivalentno helijumskom jezgru. Beta raspad predstavlja oslobadanje beta čestica, visoko-energetskog elektrona. Gama raspadom se oslobada gama zračenje, koje za razliku od alfa i beta zračenja nije materija, već elektromagnetno zračenje veoma visoke frekvencije, a samim tim i energije. Ova vrsta zračenja je najopasnija i najteže se blokira. Sve tri vrste zračenja javljaju se prirodno u izvesnim elementima.

Takode je postalo jasno da je krajnji izvor većine zemaljske energije nuklearan, bilo zračenjem sa Sunca izazvanim zvezdanim termonuklearnim reakcijama ili radioaktivnim raspadanjem uranijuma u Zemlji, glavnom izvoru geotermalne energije.

                                     

1.2. Istorija i naučna pozadina Nuklearna fisija

U prirodnom nuklearnom zračenju nusprodukti su veoma mali u poredenju sa jezgrama iz kojih potiču. Nuklearna fisija je proces cepanja jezgra u približno jednake delove i oslobadanje energije i neutrona u tom procesu. Ako ove neutrone zarobi neko drugo nestabilno jezgro, ono se takode može rascepiti, što dovodi do lančane reakcije. Prosečan broj neutrona koji se oslobada po jezgru koji učestvuje u deljenju drugog jezgra označava se sa k. Vrednosti k veće od 1 znače da reakcija fisije oslobada više neutrona nego što ih apsorbuje, te se stoga naziva samoodrživom lančanom reakcijom. Masa fizibilnog materijala koja je dovoljno velika i u odgovarajućoj konfiguraciji da indukuje samoodržavajuću lančanu reakciju naziva se kritičnom masom.

Kada je neutron zarobljen odgovarajućim nukleusom, može se dogoditi fisija odmah ili će jezgro kratko vreme postojati u nestabilnom stanju. Ako postoji dovoljno trenutnih raspada da se nastavi lančana reakcija, kaže da je masa brzo kritična, a oslobadanje energije će rasti brzo i nekontrolisano, što obično dovodi do eksplozije. Kada je to otkriveno uoči Drugog svetskog rata, ovaj uvid je podstakao više zemalja da pokrenu programe istraživanja mogućnosti konstrukcije atomske bombe - oružja koje koristi reakcije fisije da bi oslobodilo daleko više energije nego što bi se moglo osloboditi hemijskim eksplozivima. Projekat Menhetn, koji su SAD vodile uz pomoć Ujedinjenog Kraljevstva i Kanade, razvio je višestruka fisiona oružja koja su korištena protiv Japana 1945. u Hirošimi i Nagasakiju. Tokom projekta su razvijeni i prvi fisioni reaktori, iako su oni prvenstveno bili za proizvodnju oružja i nisu proizvodili električnu energiju.

Godine 1951. prva nuklearna fisiona elektrana je proizvela električnu struju u Eksperimentalnom uzgajivačkom reaktoru br. 1 EBR-1, u Arku, Ajdaho, čime je započelo "atomsko doba”, karakterisano intenzivnijom upotrebom nuklearne energije. Ako je masa kritična samo kada su uključeni zadržani neutroni, tada se reakcija može kontrolisati, na primer uvodenjem ili uklanjanjem neutronskih apsorbera. To omogućava izgradnju nuklearnih reaktora. Brzi neutroni se ne mogu lako zarobiti jezgrama. Oni se moraju usporiti spori neutroni, uglavnom sudaranjem sa jezgrima neutronskog moderatora, pre nego što mogu da budu lako zarobljeni. Danas se ova vrsta fisije široko koristi za proizvodnju električne energije.

                                     

1.3. Istorija i naučna pozadina Nuklearna fuzija

Ako su jezgra prisiljena da se sudaraju, ona mogu podleći nuklearnoj fuziji. Ovaj proces može da oslobodi ili apsorbuje energiju. Kada je dobijeno jezgro lakše od gvožda, energija se normalno oslobada; kada je jezgro teže od gvožda, energija se generalno apsorbuje. Proces fuzije se odvija u zvezdama, koje svoju energiju dobijaju iz vodonika i helijuma. One formiraju, putem zvezdane nukleosinteze, lake elemente litijum do kalcijuma, kao i neke od teških elemenata izvan gvožda i nikla, putem S-procesa. Preostalo izobilje teških elemenata, od nikla do uranijuma i izvan, nastaje putem nukleosinteze supernove, R-procesa.

Ovi prirodni procesi astrofizike nisu primeri nuklearne "tehnologije”. Zbog vrlo jakog odbijanja jezgara, fuziju je teško postići na kontrolisan način. Vodonične bombe dobijaju svoju ogromnu destruktivnu snagu od fuzije, ali njihovu energiju nije moguće kontrolisati. Kontrolirana fuzija se postiže u akceleratorima čestica, koji su korišteni za formiranje sintetičkih elemenata. Fuzor takode može da proizvodi kontrolisanu fuziju i koristan je izvor neutrona. Medutim, oba ova uredaja rade sa neto gubitkom energije. Kontrolirana, održiva fuzijska snaga pokazala se nedosežnom, uprkos povremenim prevarama. Tehničke i teorijske poteškoće omele su razvoj funkcionalne civilne tehnologije fuzije, mada se istraživanja i danas nastavljaju širom sveta.

Nuklearna fuzija je inicijalno istraživana samo u teorijskom okviru tokom Drugog svetskog rata, kada su je naučnici na Projektu Menhetn koji je vodio Edvard Teler istraživali kao metodu za izgradnju bombe. Taj projekt je napustio fuziju nakon što se došlo do zaključka da će za detonaciju biti potrebna reakcija fisije. Do 1952. godine, detonirana je prva potpuna vodonična bomba, tako nazvana jer je koristila reakcije izmedu deuterijuma i tricijuma. Fuzijske reakcije su mnogo energičnije po jedinici mase goriva od reakcija fisije, ali je pokretanje fuzijske lančane reakcije mnogo teže.



                                     

2. Nuklearna oružja

Nuklearno oružje je eksplozivna naprava koja svoju destruktivnu silu izvodi iz nuklearnih reakcija, bilo od fisije, bilo od kombinacije fisije i fuzije. Obe reakcije oslobadaju ogromne količine energije iz relativno male količine materije. Čak i mali nuklearni uredaji mogu devastirati grad eksplozijom, vatrom i zračenjem. Nuklearno oružje se smatra oružjem za masovno uništenje, i njegova upotreba i kontrola bili su glavni aspekt medunarodne politike od njihovog nastanka.

Dizajn nuklearnog oružja je složeniji nego što se možda čini. Takvo oružje mora da sadrži jednu ili više potkritičnih fizibilnih masa stabilnim za primenu, a zatim da indukuje kritičnost kreira kritičnu masu za detonaciju. Takode je prilično teško da se osigura da takva lančana reakcija potroši značajan deo goriva pre nego što se uredaj rasprsne. Nabavka nuclear fuelnuklearnog goriva je takode teža nego što se možda čini, jer se dovoljno nestabilne materije za ovaj proces trenutno ne nalaze prirodno na Zemlji u odgovarajućim količinama.

Jedan izotop uranijuma, uranijum-235, je prirodno i dovoljno nestabilan, ali se uvek nalazi pomešan sa stabilnijim izotopom urana-238. Poslednji čini više od 99% mase prirodnog uranijuma. Zbog toga se mora primeniti neki oblik razdvajanja izotopa zasnovan na težini tri neutrona kako bi se obogatio izolovao uranijum-235.

Alternativno, element plutonijum poseduje izotop koji je dovoljno nestabilan za ovaj process da bude upotrebljiv. Zemaljski plutonijum trenutno se prirodno ne pojavljuje u dovoljnim količinama za takvu upotrebu, te se mora proizvesti u nuklearnom reaktoru.

                                     

3. Spoljašnje veze

  • National Isotope Development Center
  • Nuclear Energy Institute – Beneficial Uses of Radiation
  • Nuclear Technology
  • "Frequently Asked Questions #1”. Radiation Effects Research Foundation. Архивирано из оригинала на датум 19. 9. 2007. Приступљено 18. 9. 2007.
Free and no ads
no need to download or install

Pino - logical board game which is based on tactics and strategy. In general this is a remix of chess, checkers and corners. The game develops imagination, concentration, teaches how to solve tasks, plan their own actions and of course to think logically. It does not matter how much pieces you have, the main thing is how they are placement!

online intellectual game →