Tecnologia nuclear
La tecnologia nuclear és la tecnologia que està relacionada en les reaccions de núcleus atòmics de certs elements. Les tecnologies nuclears més destacades són: l'energia nuclear, la medicina nuclear i les armes nuclears. S'han desenrollat aplicacions des de detectors de fum fins a reactors nuclears, i des de mires d'armes a bombes nuclears.
Història i context científic
[editar | editar còdic]
Descobriment
[editar | editar còdic]- Artícul principal → Física nuclear.
La vasta majoria dels fenomens naturals més comuns de la Terra ocorren en el context de la gravetat i del electromagnetisme i no de les reaccions nuclears. Açò es deu a que els núcleus dels àtoms es mantenen separats perque contenen càrregues elèctriques positives, i per lo tant es repelixen entre sí.
En 1896, Henri Becquerel estava investigant la fosforescència en sals d'urani quan ell va descobrir un nou fenomen al que va denominar radiactivitat.[1] Ell, Pierre Curie i Marie Curie varen començar a investigar el fenomen. En el procés, ells varen aïllar l'element ràdio, que és altament radiactiu. Ells varen descobrir que els materials radiactius produïxen intensos i penetrants rajos de tres distintes classes, als quals varen denominar alfa, beta i gamma per les tres primeres lletres del alfabet grec. Alguns d'estos podien passar a través de la matèria ordinària i tots ells podien ser amoladors per a la salut en grans cantitats. Tots els primers investigadors varen rebre cremades per radiació, semblades a les causades per cremades solars i no es preocupaven molt al respecte.
El nou fenomen de la radiactivitat va ser pres pels fabricants de medicines falses (com abans ho havien fet també en l'electricitat i el magnetisme) i es varen crear una gran cantitat de medicines falses i tractaments que usaven la radiactivitat.
Gradualment, es varen donar conte de que la radiació produïda per la decaiguda radiactiva era radiació per ionisació i que inclús cantitats massa chicotetes per a causar cremades tenien severa perillositat a llarc determini. Molts dels científics que varen treballar en radiactivitat varen morir de càncer com un resultat de la seua exposició a esta. Els primers tractaments i medicines que usaven radiactivitat varen desaparéixer pero atres aplicacions dels materials radiactius varen persistir, tals com l'us de sals de radi per a produir dials autoiluminados en rellonges i atres instruments.
A la mida que l'àtom es comprenia millor, la naturalea de la radiactivitat es va conéixer més clarament. Alguns grans núcleus atòmics eren inestables i per lo tant també el seu taxa de decaiguda (lliberació de matèria o energia) a intervals aleatoris. Les tres formes de radiació que Becquerel i els Curies varen descobrir es va comprendre de millor manera. La desintegració o decaiguda Alfa és quan un núcleu llibera una partícula alfa, que és quan dos protones i dos neutrons, equivalent a un núcleu d'heli. La desintegració Beta és la lliberació d'una partícula beta, un electró d'alta energia. La desintegració Gamma llibera rajos gamma, que a diferència de les radiacions alfa i beta no és matèria sino que és radiació electromagnètica de molt alta freqüència, i per lo tant energia. Este tipo de radiació és la més perillosa i és la més difícil de bloquejar. Estos tres tipos de radiació ocorren naturalment en alguns elements específics.
S'ha aplegat a la conclusió que la font original de la major part de l'energia d'orige terrestre és nuclear, ya siga a través de la radiació del Sol que és causada per reaccions termonuclears estelars o per la decaiguda radiactiva del urani dins de la Terra, la principal font de l'energia geotèrmica.
Fissió
[editar | editar còdic]- Artícul principal → Fissió nuclear.
En la radiació nuclear natural, els subproductes són molt menuts quan es comparen als núcleus dels quals s'originen. La fissió nuclear és el procés de dividir un núcleu en dos parts aproximadament similars, procés que llibera energia i neutrons. Si estos neutrons són capturats per un atre núcleu inestable, estos també poden fisionarse, lo que pot dur a una reacció en cadena. La cantitat promig de neutrons lliberats per núcleus que influïxen en la fissió d'un atre núcleu es diu k. Els valors de k més grans que 1 significa que la reacció de fissió està lliberant més neutrons dels que absorbix, i per lo tant se li crida com una reacció en cadena autosostenible. Una massa de material fisible lo suficientment gran (i en una configuració adequada) per a induir una reacció en cadena autosostenible és cridada una massa crítica.
Quan un neutró és capturat per un núcleu adequat, la fissió pot ocórrer de colp i repent, o el núcleu pot persistir en un estat inestable per un curt temps. Si existixen les suficients decaigudes immediates para soporta la cadena en reacció, es diu sobre eixa massa que és immediatament crítica, i l'energia lliberada creixerà ràpida i incontrolablemente, lo que usualment du a una explosió.
Quan es va descobrir al principi de la Segona Guerra Mundial, esta idea va dur a varis països a començar programes que investigaren la possibilitat de construir una bomba atòmica — un arma que utilisara les reaccions de fissió per a generar llunt molt més energia de lo que era possible conseguir en explosius químics. El Proyecte Manhattan, portat a terme per Estats Units en l'ajuda del Regne Unit i de Canadà, va desenrollar vàries armes de fissió que varen ser usades contra Japó en 1945. Durant el proyecte, també es varen desenrollar els primers reactors de fissió, encara que ells varen ser usats principalment per a la fabricació d'armes i no per a generar electricitat.
No obstant, si la massa és crítica solament quan els neutrons retardats estan inclosos, la reacció pot ser controlada, per eixemple per mig de l'introducció o removiment de materials que absorbixen els neutrons. Açò és lo que permet que es puguen construir reactors nuclears. Els neutrons ràpits no són capturades fàcilment pel núcleu, aixina la seua velocitat deu ser disminuïda (neutrons llents), generalment per mig de la colisió en el núcleu d'un moderador de neutrons, ans que puguen ser capturats en major facilitat. Actualment, este tipo de fissió és comunament usada per a generar electricitat.
Fusió
[editar | editar còdic]- Artícul principal → Fusió nuclear.
Si els núcleus són forçats a colisionar, ells poden produir lo que es coneix com fusió nuclear. Este procés pot lliberar o absorbir energia. Quan el núcleu resultant és més llauger que el del ferro, normalment es llibera energia; quan el núcleu és més pesat que el del ferro, generalment s'absorbix energia. Este procés de fusió ocorre en les estrelas, que deriven la seua energia del hidrogen i del heli. Ells formen, a través de la nucleosíntesis estelar, elements llaugers (liti a calcio) aixina com alguns dels elements més pesats (més allà del ferro i el níquel, a través del processe-S). Els restants elements pesats, del níquel a l'urani i més allà, és per la nucleosíntesis de supernovas, el processe-R.
Per supost, estos processos naturals d'astrofísica no són eixemples de la "tecnologia" nuclear. Per la molt forta repulsió dels núcleus, la fusió és difícil de conseguir d'una forma controlada. La bomba d'hidrogen obté el seu enorme poder destructiu de la fusió, pero la seua energia no pot ser controlada. La fusió controlada és conseguida en acceleradors de partícules; és d'esta forma com es produïxen molts elements sintètics. Un fusor també pot produir fusió controlada i és una útil font de neutrons. No obstant, abdós dispositius funcionen en una pèrdua neta d'energia. Una font d'energia de fusió controlable, viable ha provat ser elusiva, a pesar de l'ocasional engany de la fusió freda. Les dificultats tècniques i teòriques han torbat el desenroll de tecnologia de fusió d'us civil que funcione, encara que l'investigació continua actualment en moltes parts en el món.
Inicialment la fusió nuclear va ser investigada solament teòricament durant la Segona Guerra Mundial, quan els científics del Proyecte Manhattan (liderats per Edward Teller) la varen investigar com un método per a construir una bomba. El proyecte va ser intensificat despuix de concloure que es requeriria d'una reacció de fissió per a detonar-la. Recent en l'any 1952 la primera bomba d'hidrogen va poder ser detonada, cridada aixina degut a que usa les reaccions entre el deuteri i el triti. les reaccions de fusió són molt més energètiques per unitat de massa de combustible nuclear que les reaccions de fissió, pero començar una reacció en cadena de fusió és molt més difícil.
Armes nuclears
[editar | editar còdic]- Artícul principal → Arma nuclear.
Un arma nuclear és un dispositiu explosiu que deriva la seua força destructiva de les reaccions nuclears, ya siga per fissió o una combinació de fissió i fusió.Les armes nuclears són considerades com armes de destrucció massiva i el seu us i control han segut un aspecte principal de la política internacional des del seu debut.
El disseny d'armes nuclears és més complicat de lo que sembla ser. Un arma d'este tipo deu contindre una o més masses fisibles subcríticas lo suficientment estables per a ser desplegades, per a després induir o crear una massa crítica per a poder detonar-la. També és molt difícil assegurar que la reacció en cadena consuma una fracció significativa del combustible ans que el dispositiu vole en péntols. L'obtenció d'un combustible nuclear també és més difícil de lo que sembla ser, ya que cap substància d'ocurrència natural és lo suficientment inestable per a que este procés ocórrega.
Un isòtop d'urani, l'urani-235, ocorre naturalment i és lo suficientment inestable, pero sempre es troba mesclat en l'isòtop més estable urani-238. Este últim compon més del 99% del pes de l'urani natural. A continuació métodos de separació d'isòtops basats en el pes de tres neutrons es deuen realisar para enriquir (aïllar) l'urani-235.
De forma alternativa, el plutoni posseïx un isòtop que és lo suficientment inestable per a ser utilisable. El plutoni no ocorre naturalment, aixina que deu ser fabricat en un reactor nuclear.
Eventualment, el Proyecte Manhattan va fabricar armes nuclears basades en cada u d'estos elements. Ells varen detonar la primera arma nuclear en una prova denominada "Trinity", prop d'Alamogordo, Nou Mèxic, el 16 de juliol de 1945. La prova va ser realisada per a assegurar-se que el método d'implosió funcionaria per a detonar una bomba atòmica. Una bomba d'urani, la Little Boy (en castellà: Niñito), va ser llançada sobre la ciutat japonesa d'Hiroshima el 6 d'agost de 1945, seguida tres dies més vesprada per una basada en plutoni denominada Fat Man (en castellà: Gros) llançada sobre Nagasaki. Com a resultat de la devastación i morts sense precedent provocats per una sola bomba, el govern japonés es va rendir, terminant en la Segona Guerra Mundial.
Des d'estos bombardejos cap arma nuclear ha segut desplegada ofensivament. No obstant, elles varen provocar que una carrera d'armes es desenrollara per a crear bombes cada volta més destructives com una forma de dissuasió nuclear. A penes quatre anys més vesprada, el 29 d'agost de 1949, l'Unió Soviètica va detonar la seua primera arma de fissió. El Regne Unit la va seguir el 2 d'octubre de 1952, França el 13 de febrer de 1960 i China el 16 d'octubre de 1964. Estos cinc països li és permés posseir armes nuclears baix el Tractat de No Proliferació Nuclear. Solament quatre estats sobirans reconeguts no són part del tractat: Índia, Israel, Pakistan i Corea del Nort. Índia, Pakistan i Corea del Nort han provat obertament i declarat que posseïxen armes nuclears. Israel ha mantingut una política d'ambigüitat respecte al seu propi programa d'armes nuclears. Corea del Nort va accedir al tractat, ho va violar i es va retirar en l'any 2003.
A diferència de les armes convencionals, li intensa llum, calor i força explosiva no són els únics components mortals d'un arma nuclear. Aproximadament la mitat de les morts d'Hiroshima i Nagasaki varen ser causades entre dos a cinc anys més vesprada per l'exposició a la radiació.[2][3] Un arma radiològica és un tipo d'arma nuclear dissenyada per a dispersar material nuclear perillós en territori enemic. Tal arma no tindria la capacitat explosiva d'una bomba de fissió o de fusió, pero podria matar moltes persones i contaminar una gran àrea. Un arma radiològica mai ha segut desplegada. Mentres és considerada sense utilitat des del punt de vista militar convencional, un arma d'este tipo pot ser usada en fins de terrorisme nuclear.
S'han portat a terme sobre 2000 proves nuclears des de 1945. En 1963, tots els estats nuclears i molts no nuclears varen firmar el Tractat de prohibició parcial d'ensajos nuclears, obligant-se a restringir-se de realisar proves d'armes nuclears en l'atmòsfera, baix l'aigua o en l'espai exterior. El tractat permet la realisació de proves nuclears subterrànees. França va continuar en proves atmosfèriques fins a 1974, mentres China va continuar fins a 1980. L'última prova nuclear realisada per Estats Units va ser en 1992, l'Unió Soviètica ho va fer en 1990, el Regne Unit en 1991, tant França com China varen continuar les proves fins a 1996. Despuix de firmar el Tractat de Prohibició Completa dels Ensajos Nuclears en 1996 (que a l'any 2011 no ha entrat en força), tots estos estats s'han obligat a terminar en totes les proves nuclears. Els estats no signatarios d'Índia i Pakistan varen fer les seues últimes proves en l'any 1988.
Les armes nuclears són les armes conegudes més destructives - l'arquetip de les armes de destrucció massiva. A través de la Guerra Freda, les potències opostes tenien enormes atarassanes nuclears, suficient per a matar centenars de millons de persones. Generacions de persones varen créixer baix l'ombra de la devastación nuclear, ejemplificado en películes tals com Dr. Strangelove i The Atomic Cafe.
No obstant, la lliberació de les enormes cantitats d'energia implicades en la detonació d'un arma nuclear també va sugerir la possibilitat d'una nova font d'energia.
Usos civils
[editar | editar còdic]Energia nuclear
[editar | editar còdic]Plantilla:Vore també L'energia nuclear és un tipo de tecnologia que té que vore en l'us controlat de la fissió nuclear per a lliberar energia per al seu us pacífic, i que inclouen propulsió, calor i generació d'electricitat. L'energia nuclear és produïda per una reacció en cadena controlada que crea calor com a subproducte la que és usada per a hervir aigua, produir vapor i propulsar una turbina de vapor. La turbina és usada per a generar electricitat i/o realisar treball mecànic.
En l'any 2004 l'energia nuclear proporciona aproximadament el 15,7% de l'electricitat mundial i és usada per a propulsar portaviones, rompehielos i submarís (fins al moment el cost i el temor en alguns ports ha previngut l'us de l'energia nuclear en bucs de transport).[4] Totes les plantes d'energia nuclear usen la fissió. A pesar d'anys d'esforços i l'ocasional engany (per eixemple, la fusió freda), cap reacció de fusió feta per l'home ha produït més energia que l'usada en la seua realisació, lo que significa que encara no és una font viable per a la generació d'electricitat.
Aplicacions mèdiques
[editar | editar còdic]Les aplicacions mèdiques de la tecnologia nuclear estan dividides en diagnòstic i tractaments per radiació.
Imàgens - les imàgens de rajos-X mege i dental usen cobalt-60 o atres fonts de rajos-X. El tecnecio-99m és usat, agregat a molèculas orgàniques, com un trazador radiactiu en el cos humà, abans de ser excretado pels renyons. Positrones que emeten nucleòtits són usats per a la generació d'imàgens d'alta resolució, i curta vida en aplicacions coneguda com tomografía per emissió de positrones.
La teràpia de radiació és un efectiu tractament per al càncer.
Aplicacions industrials
[editar | editar còdic]Exploració petrolera i de gas- El registre de pous nuclear és usat per a ajudar a predir la viabilitat comercial de pous nous o existents. La tecnologia implica l'us d'una font de rajos gamma o de neutrons i un detector de radiació que són baixats en el forat de perforació per a determinar les propietats de la roca que ho rodeja, tals com porosidad i litografia.[5]
Construcció de camins - Medidors nuclears d'humitat/densitat són usats per a determinar la densitat dels sols, asfalt i concrets. Normalment s'usa una font de cesi-137.
Aplicacions comercials
[editar | editar còdic]Un detector de fum per ionisació inclou una menudíssima massa d'americio-241 radiactiu, que és una font de radiació alfa. El triti és usat en fòsfor en mires d'armes per a aumentar la seua precisió en condicions de poca visibilitat. Els lletrers d'eixida autoiluminados usen la mateixa tecnologia.[5]
Processament de menjar i agricultura
[editar | editar còdic]
l'irradiació del menjar[6] és el procés pel qual el menjar s'expon a radiació ionizante en el propòsit de destruir microorganismes, bactèrias, virus o insectes que podrien estar present en el menjar. Les fonts de radiació usades inclouen radioisòtops productors de rajos gamma, generadors de rajos-X i acceleradors de neutrons. Atres aplicacions inclouen l'inhibició de brots, el retart de la maduració, l'increment de la producció de suc i el mejoramiento de la rehidratación. l'irradiació és un terme més general a on l'exposició delliberada de materials a la radiació per a conseguir una meta tècnica (en este context es presumixen 'radiació per ionisació'). Com tal també és usada en artícul no alimenticis, tals com instrumental mege, plàstics, tubos per a gasoductes, mànegas per a calefacció de pisos, materials para embalage de menjar, recanvis per a automòvilés, arams i cables (aïllament elèctric), neumàtics, i inclús pedres precioses. Comparada a la cantitat de menjar irradiada, el volum d'aplicacions quotidianes és enorme pero és alguna cosa que no és notat normalment per les persones.
El genuí efecte de processar el menjar per radiació ionizante es relaciona en el dany al ADN, l'informació genètica bàsica per a la vida. Els microorganismes no poden proliferar i continuar les seues activitats. La podrimenta causada pels microorganismes cessa. Els insectes no sobreviuen o són incapaços de reproduir-se. Les plantes no poden continuar el seu cicle natural de maduració o envelliment. Tots estos efectes són beneficiosos per al consumidor i l'indústria alimentària.[6]
La cantitat d'energia impartida per a conseguir una irradiació de menjar efectiu és baixa quan es compara a la necessària per a cuinar i conseguir el mateix efecte, inclús a una dosis típica de 10 kGy la major part del menjar, que és (sobre el propòsit de calfament) equivalent a l'aigua, es calfaria solament en aproximadament 2,5 °C (4,5 °F).
Lo especial del processament del menjar per radiació ionizante és el fet, de que la densitat de l'energia per transició atòmica és molt alta, pot trencar les molècules i induir ionisació (d'ahí el nom) lo que no pot ser conseguit solament calfant-la. Esta és la raó dels nous efectes beneficiosos, no obstant al mateix temps sorgixen noves preocupacions. El tractament de menjar sòlit per radiació ionizante pot produir un efecte similar a la pasteurisació per calor en els líquits, tals com la llet. No obstant, l'us del terme, pasteurisació freda, per a descriure els menjars irradiadas és controversial, degut a que la pasteurisació i l'irradiació són dos processos fonamentalment diferents, encara que busquen resultats finals similars.
L'irradiació de menjar és actualment permesa en més de 40 països i els volums tractats excedixen anualment les 500.000 tonellades a nivell mundial.[7][8][9]
L'irradiació de menjar essencialment és una tecnologia no nuclear, es basa en la radiació de ionisació que pot ser generada per acceleradors de neutrons, pero que també pot usar rajos gamma producte de la decaiguda nuclear. Existix una indústria mundial per al processament per radiació ionizante, la majoria tant per cantitat com per potència de procés es fa per acceleradors. L'irradiació de menjar és solament una aplicació caseta quan es compara als insumos mèdics, materials plàstics, matèries primeres, pedres precioses, cables i arams, etc.
Accidents
[editar | editar còdic]- Artícul principal → Accidents nuclears i radiològics.
- Artícul principal → Seguritat nuclear.
Els accidents nuclears, per les poderoses forces involucrades, són a sovint molt perillosos. Històricament, els primers incidents varen tindre que vore en exposicions fatals a la radiació. Marie Curie va morir d'anèmia aplásica com a resultat dels alts nivells d'exposició que va sofrir durant les seues investigacions. Atres dos científics, un nortamericà i un canadenc, Harry Daghlian i Louis Slotin, varen morir per mala manipulació de la mateixa massa de plutoni.
Els accidents nuclears i radiològics civils normalment tenen que vore en plantes d'energia nuclear. Les causes més comunes són fugues que exponen als treballadors a material perillós. Un derretimiento nuclear es referix a un accident més sério que implica la lliberació de material nuclear a l'ambient que rodeja a la planta. Els accidents d'este tipo més significatius varen ocórrer en Three Mile Island, Pennsilvània i en Chernobyl en Ucrània. El terremot i tsunami de l'11 de març de 2011 va causar sérios danys a tres reactors nuclears i a una piscina de depòsit de combustible gastat en la planta d'energia nuclear de Fukushima Daiichi en Japó. Els reactors militars que varen experimentar accidents similars varen ser Windscale en el Regne Unit i el SL-1 en Estats Units.
Els accidents militars usualment tenen que vore en la pèrdua o detonació inesperada d'armes nuclears. La prova Castle Bravo en 1954 va produir un major rendiment de lo esperat, esta prova va contaminar les illes propenques, un buc peixquer japonés (en un mort) i varen sorgir preocupacions de peixos contaminats en Japó. Entre la década dels 50 i dels 70, vàries bombes nuclears varen ser perdudes des de submarins i avions, algunes de les quals mai es varen recobrar. Els últims vint anys han vist una marcada declinació d'accidents semblants.
Vore també
[editar | editar còdic]- Esquema de la tecnologia nuclear
- Energia nuclear
- Ingenieria nuclear
- Fissió nuclear
- Central nuclear
- Seguritat nuclear
- Combustible nuclear
- Radiologia
Referències
[editar | editar còdic]- ↑ Henri Becquerel
- ↑ «Frequently Asked Questions #1». Radiation Effects Research Foundation. Archivat des d'el original, el 19 de setembre de 2007. Consultat el 18 de setembre de 2007.
- ↑ The somatic effects of exposure to atomic radiation: The Japanese experience, 1947–1997 [1] archivat en Wayback Machine. (en espanyol: Els efectes somàtics de l'exposició a la radiació atòmica: L'experiència japonesa, 1947-1997)
- ↑ Bucs en propulsió nuclear [2] archivat en Wayback Machine. (en anglés)
- ↑ Informació sobre el triti [3] archivat en Wayback Machine. (en anglés)
- ↑ 6,0 6,1 anon., Food Irradiation - A technique for preserving and improving the safety of food, WHO, Geneva, 1991
- ↑ NUCLEUS - Food Irradiation Clearances
- ↑ Food irradiation, Position of ADA, J Am Diet Assoc. 2000;100:246-253. «Copia archivada». Archivat des d'el original, el 16 de febrer de 2016. Consultat el 16 de febrer de 2016. retrieved 2007-11-15
- ↑ C.M. Deeley, M. Gao, R. Hunter, D.A.E. Ehlermann, The development of food irradiation in the Àsia Pacific, the Americas and Europe; tutorial presented to the International Meeting on Radiation Processing, Kuala Lumpur, 2006. http://www.doubleia.org/index.php?sectionid=43&parentid=13&contentid=494 [4] archivat en Wayback Machine. visitat en 2007-11-16
Enllaços externs
[editar | editar còdic]- Este artícul conté una traducció derivada de «Nuclear technology» de Wikipedia en inglés, concretament de esta versió, publicada baix la Llicència de documentació lliure de GNU i la Llicència Creative Commons Reconeiximent-CompartirIgual 4.0 Internacional.
- Institut d'Energia Nuclear – Usos beneficiosos de la radiació (en anglés)
- Tecnologia nuclear (en anglés)