Despre Fukushima si pericolul nuclear –cateva lamuriri

Despre centrale nucleare

O centrala nucleara cu fisiune funcționează pe următorul principiu: absorbind un neutron, un atom de uraniu se descompune radioactiv in 2 neutroni, alti atomi mai mici și o cantitate incredibilă de energie (să spunem sub formă de căldură). Fiecare neutron, dacă are o viteză corespunzătoare poate induce acest proces la rândul lui într-un alt atom. Astfel, reacția urmează o progresie geometrică: 1,2,4,…,1024,… , cantitatea de energie eliberată crescând și ea după aceeași regulă. Aparent, acest lucru pare incontrolabil însă cei doi neutroni din primul atom au șanse foarte mici să aibă exact viteza necesară. De obicei, ei se mișcă mai repede decât ar trebui. Iar pentru asta, în drumul lor ar trebui să se ciocnească de ceva pentru a mai pierde din viteză, rol ce este atribuit moderatorului. Un kilogram de uraniu 238 imbogățit s-ar descompune în aproximativ 100 de astfel de pași, un proces nu foarte economic – mare parte din energia degajată s-ar pierde in conditii nu foarte sigure. Astfel, pentru a controla reacția în nucleul reactorului se introduc elemente care absorb o parte din neutronii produși la fiecare pas, încetinind astfel reacția: barele de control din bor, cadmiu, hafniu, etc. Astfel, soluția în cazul unui accident este fie introducerea de material ce absoarbe neutronii, fie înlăturarea moderatorului pentru a elimina posibilele interacțiuni neutron – atom.

Despre combustibilul nuclear

Uraniul imbogățit conține aproximativ 3-4% U-235, care este fisionabil. Restul, U-238 este folositor numai după ce capturează în nucleul său un neutron produs din descompunerea U-235, devenind plutoniu-239, care la rândul lui se descompune prin absorbtia unui alt neutron. Cuvantul cheie este ”neutron”. Fără această particulă, combustibilul nuclear se descompune prin radiație alfa – radiație cu putere mică de penetrare: câțiva centimetri de aer sau o coală de hartie fiind suficienți pentru protecție. Partea proastă e că particulele alfa au prostul obicei în a se descompune în neutroni prin interacțiunea cu atomii de carbon sau oxigen, astfel încât chiar atmosfera devine astfel o sursă de neutroni responsabilă pentru menținerea reacției de fisiune.

Concluzii Fukushima

De ce nu este indicată închiderea într-un bloc de ciment?

Pentru că, în acel moment, containerul poate funcționa ca o oglindă pentru neutroni și deși aceștia scapă din combustibil fără să genereze reacții, sunt întorși din drum, încetiniți și obligați să treacă din nou prin masa de material fisionabil, crescând probabilitatea de reacție.

De ce apa nu funcționează? Pot fi folosite alte substanțe?

Deoarece apa funcționează ca moderator, iar celelalte substanțe chimice uzuale conțin fie carbon fie oxigen, care împreună cu particulele alfa generate în mod natural de combustibilul radioactiv pot induce fisiunea. În cazul Fukushima se încearcă o controlare în primul rând a temperaturii de reacție pentru a se putea interveni prin alte metode.

Care este pericolul?

Ruperea containerului cu combustibil nuclear în stare critică, i.e. care susține reacția de fisiune, eliberează în atmosferă atomi radioactivi mult mai periculoși decât combustibilul în sine. Fiind atomi cu masa mai mică, aceștia pot substitui alți atomi ne-radioactivi din aceeași specie ce se găsesc în organismele vii. Dintre produsele de fisiune care persista în mediu, iod-129 este de departe cel mai periculos, având un timp de înjumătățire de 15.7 milioane de ani și înlocuind iodul-127 (stabil) din compușii organici. Trebuie menționat că iod-129 ca și ceilalți produși cu timpul de înjumătățire mare și potențial periculos pentru ființele vii au fost produși în cantități considerabile la fiecare test nuclear, din trecut până în prezent.

Autorul, Bogdan Dobrică, este cercetător la Institutul de Nanotehnologie de la Măgurele și doctorand în matematică-fizică.