ΠΥΡΗΝΙΚΕΣ ΑΝΤΙΔΡΑΣΕΙΣ Φυσική Γ’ Λυκείου Γενικής Παιδείας ΠΥΡΗΝΙΚΕΣ ΑΝΤΙΔΡΑΣΕΙΣ http://users.dra.sch.gr/filplatakis

 Πυρηνικές αντιδράσεις ονομάζουμε το φαινόμενο κατά το οποίο η κρούση σωματιδίων με πυρήνες έχει σαν αποτέλεσμα τη δημιουργία νέων πυρήνων

Ο Rutherford ήταν ο πρώτος που παρατήρησε πυρηνικές αντιδράσεις κατά τον βομβαρδισμό πυρήνων αζώτου με σωμάτια α. Η αντίδραση μπορεί να γραφεί ως εξής:

Στις πυρηνικές αντιδράσεις ισχύουν οι αρχές διατήρησης: + = α) Του φορτίου: + = β) Των νουκλεονίων: He N H O p1 p2 p3 p4 pαρχ pτελ γ) Της ορμής: δ) Της ενέργειας

 Όσον αφορά την ενέργεια, εκτός από την κινητική ενέργεια των σωματιδίων πρέπει να λαμβάνουμε υπ’ όψη και την ενέργεια λόγω της μάζας τους.  Η διαφορά μάζας ηρεμίας πριν και μετά την αντίδραση προσδιορίζει την ενέργεια Q της αντίδρασης, σύμφωνα με την ισοδυναμία μάζας και ενέργειας.

Στην αντίδραση: Α + Β  Γ + Δ Η ενέργεια της είναι: Q = (MA + MB – MΓ – ΜΔ)c2 Αν ΜΑ + ΜΒ > ΜΓ + ΜΔ (χάνεται μάζα) τότε: Q > 0 (εκλύεται ενέργεια) άρα: η αντίδραση είναι ΕΞΩΘΕΡΜΗ Αν ΜΑ + ΜΒ < ΜΓ + ΜΔ (σχηματίζεται μάζα) τότε: Q < 0 (απορροφάται ενέργεια) άρα: η αντίδραση είναι ΕΝΔΟΘΕΡΜΗ

Πυρηνική σχάση Ονομάζεται η διαδικασία κατά την οποία ένας ασταθής ατομικός πυρήνας χωρίζεται (σχάται) σε δυο ή περισσότερους (μικρότερους) πυρήνες και σε μερικά παραπροϊόντα σωμάτια (όπως νετρόνια) Το γνωστότερο παράδειγμα είναι του 235U που αντιδρά με θερμικά νετρόνια:

Μετά τη κρούση του νετρονίου συντίθεται ένας πυρήνας 236U Τα νετρόνια που αποδεσμεύονται από τη σχάση μπορούν να συνεχίσουν να προκαλούν νέες σχάσεις σε άλλους πυρήνες (αλυσιδωτή αντίδραση). Η μη ελεγχόμενη αλυσιδωτή αντίδραση είναι η αρχή λειτουργίας του πυρηνικής βόμβας.

Πυρηνική σύντηξη Ονομάζεται η συνένωση ελαφρών πυρήνων σε βαρύτερους με ταυτόχρονη απελευθέρωση ενέργειας. Το γνωστότερο παράδειγμα είναι οι πυρηνικές συντήξεις που γίνονται στον Ήλιο: Ή συνοπτικά:

 Για να συμβεί σύντηξη μεταξύ δύο πυρήνων θα πρέπει αυτή να έχουν μεγάλη ενέργεια, ώστε να προσεγγίσουν αρκετά μεταξύ τους και η ηλεκτρική απωστική δύναμη να υπερνικηθεί από την ελκτική ισχυρή πυρηνική.  Τέτοιες ενέργειες αποκτώνται σε θερμοκρασίες της τάξης των 108 Κ στις οποίες έχουμε κατάσταση «πλάσματος», δηλαδή πλήρως ιονισμένα άτομα.  Τόσο μεγάλες θερμοκρασίες στη φύση έχουμε μόνο στα άστρα γι’ αυτό και οι αντιδράσεις σύντηξης, πολλές φορές αναφέρονται σαν «θερμοπυρηνικές αντιδράσεις».

Τα θετικά της χρήσης πυρηνικής ενέργειας  Για να επιτευχθεί η ελεγχόμενη σύντηξη πάνω στη Γη πρέπει πρώτα να δημιουργήσουμε συνθήκες ανάλογες μ' εκείνες του Ήλιου. Οι ερευνητές πρότειναν διάφορους αντιδραστήρες σύντηξης. Εδώ η απαιτούμενη θερμοκρασία είναι πολλαπλάσια της ηλιακής, γιατί δεν έχουμε τη δυνατότητα να δημιουργήσουμε συνθήκες πίεσης ανάλογες μ' εκείνες που επικρατούν στον Ήλιο. Πρόκειται για το μεγαλύτερο τεχνικό πρόβλημα.    Η πυρηνική σύντηξη του Τρίτιου (σπάνιο ισότοπο του υδρογόνου) είναι η αιχμή του δόρατος της τεχνολογίας τα τελευταία πενήντα χρόνια. Αν το επιτύχουν, το όφελος θα είναι διπλό. Αφενός θα αποκτήσουμε μια αστείρευτη πηγή ενέργειας που θα παράγεται από το πιο άφθονο στοιχείο της φύσης, το νερό, αφετέρου θα απαλλαγούμε από τα ορυκτά καύσιμα και τους ρύπους που εκπέμπονται από τη χρήση τους. Απ’ αυτή την άποψη η πυρηνική σύντηξη είναι καθαρή πηγή ενέργειας.

Τα αρνητικά της χρήσης πυρηνικής ενέργειας α) Ακόμα και σε κατάσταση ομαλής λειτουργίας, οι πυρηνικοί αντιδραστήρες εκπέμπουν ραδιενεργά αέρια που διαφεύγουν στην ατμόσφαιρα β) Σε περίπτωση ατυχήματος, όπως εμπειρικά πια γνωρίζουμε, οι επιπτώσεις θα είναι ανυπολόγιστες και σε έκταση και σε διάρκεια γ) Η λειτουργία ενός αντιδραστήρα προϋποθέτει μονάδα εμπλουτισμού που επίσης είναι κίνδυνος για το περιβάλλον δ) Το μεγαλύτερο και άλυτο πρόβλημα της πυρηνικής ενέργειας είναι η συσσώρευση των ραδιενεργών αποβλήτων των αντιδραστήρων