Fisio erreakzioari buruzko eztabaida-galderen adibidea
Pendahuluan
Fisio nuklearra fisika nuklearreko fenomeno liluragarri eta garrantzitsuenetako bat da. Erreakzio honek nukleo atomiko astunak arinagoetan banatzea dakar, energia kantitate izugarriak askatuz. Mekanismo hau energia nuklearra sortzeko teknologiaren eta bonba atomikoaren oinarria da. Fisio erreakzioak ulertzea, bai teorian bai praktikoki, ezinbestekoa da fisikako ikasleentzat eta zientzia nuklearrean interesa duten pertsonentzat. Artikulu honek fisio erreakzioen hainbat adibide eta haien eztabaidak aztertzen ditu kontzeptu hau hobeto ulertzen laguntzeko.
Fisio erreakzioen oinarrizko kontzeptuak
Fisio-erreakzio bat modu sinplean defini daiteke nukleo atomiko astun batek (uranio-235 edo plutonio-239 adibidez) neutroi bat xurgatzen duen eta bi nukleo arinago edo gehiagotan, neutroi kopuru batean eta energia kantitate handi batean banatzen den prozesu gisa. Fisio-erreakzio batean askatzen den energia masa-diferentziatik dator, non masa kantitate txiki bat galtzen den eta energia bihurtzen den Albert Einsteinen E=mc² legearen arabera.
Fisio Nuklearraren Prozesua
Fisio-erreakzio bat normalean hasten da nukleo atomiko astun batek neutroi galdu bat xurgatzen duenean. Horrek isotopo oso ezegonkor bat sortzen du, hain ezegonkorra ezen ia berehala nukleo arinagoetan banatzen baita, hainbat neutroi eta energia esanguratsua askatuz. Hona hemen uranio-235 fisio-erreakzio baten adibidea:
\[
{}^{235}_{92}U + {}^1_0n \rightarrow {}^{141}_{56}Ba + {}^{92}_{36}Kr + 3{}^1_0n + \text{energia}
\]
Fisio erreakzioari buruzko galderen adibidea
Jarraian, fisika nuklearreko ikasgaietan maiz aurkitzen diren fisio-erreakzioei buruzko galdera batzuen adibide batzuk daude, haien irtenbideen eztabaidekin batera.
1. galderaren adibidea
Galdera: Uranio-235 nukleo batek neutroi bat harrapatzen du eta fisioa jasaten du bario-141, kripton-92, hiru neutroi eta energia sortzeko. Kalkulatu erreakzio honetan askatzen den energia, partikulen masak kontuan hartuta, honela:
– Masa ${}^{235}_{92}U = 235.0439299 \ \text{u}$
– Neutroi masa $^1_0n = 1.0086649 \ \text{u}$
– Masa ${}^{141}_{56}Ba = 140.9144060 \ \text{u}$
– Masa ${}^{92}_{36}Kr = 91.9261730 \ \text{u}$
_Oharra: 1 u = 931.5 MeV/c²._
Eztabaida:
1. Erreakzioaren aurreko masa-kantitatea:
– Erreakzioaren aurreko masa uranio-235aren eta neutroi baten masa da:
\[
M_{\text{aurretik}} = 235.0439299 \, \text{u} + 1.0086649 \, \text{u} = 236.0525948 \, \text{u}
\]
2. Erreakzioaren ondorengo masa osoa:
– Erreakzioaren ondorengo masa barioaren, kriptonaren eta hiru neutroien masa da:
\[
M_{\text{ondoren}} = 140.9144060 \text{u} + 91.9261730 \text{u} + 3 \times 1.0086649 \text{u} = 235.8476727 \text{u}
\]
3. Masaren aldaketa:
– Masaren aldaketa, edo masa-galera, erreakzioaren aurreko eta ondorengo masaren arteko aldea da:
\[
Δm = M_{\text{aurretik}} – M_{\text{aurretik}} = 236.0525948 \text{u} – 235.8476727 \text{u} = 0.2049221 \text{u}
\]
4. Askatutako energia:
– Einsteinen ekuazioaren arabera, askatutako energia masaren aldaketatik kalkula daiteke:
\[
E = Δm × 931.5, MeV/u = 0.2049221, u × 931.5, MeV/u = 190.804 gutxi gorabehera, MeV
\]
Uranio-235aren fisio-erreakzioan askatzen den energia 190.804 MeV ingurukoa da.
2. galderaren adibidea
Galdera: Erreaktore nuklear batek batez beste 200 MeV energia askatzen ditu fisio-erreakzio bakoitzeko. Erreaktoreak 1 GW potentzia sortzen badu (1 gigawatt = $10^9$ W), zenbat fisio-erreakzio gertatzen dira segundoko?
Eztabaida:
1. Erreakzio bakoitzeko askatzen den energia:
– Erreakzio bakoitzak 200 MeV sortzen ditu, hau da, honen baliokidea:
\[
1 MeV = 1.60218 × 10-13 J, beraz, 200 MeV = 200 × 1.60218 × 10-13 J = 3.20436 × 10-11 J
\]
2. Erreaktorearen potentzia:
– Sortutako potentzia 1 GW da, edo 10^9$ W, hau da, 10^9$ J/s-ren berdina.
3. Erreakzio kopuruaren kalkulua:
– Segundoko erreakzio kopurua erreakzio bakoitzeko potentzia osoa energiaz zatituz kalkula daiteke:
\[
\text{Erreakzio kopurua segundoko} = \frac{10^9 \, \text{J/s}}{3.20436 \times 10^{-11} \, \text{J/erreakzio}} = 3.12 \times 10^{19} \, \text{erreakzio/segundo}
\]
Beraz, segundoro 3.12 × 10^{19}\) fisio-erreakzio inguru gertatzen dira 1 GW-ko potentzia sortzeko.
Itxiera
Ulermenaren eta kalkuluaren bidez, fisio-erreakzioak ez dira soilik fisikako ikaskuntzan funtsezko elementu bat, baita benetako munduan aplikazio garrantzitsuak ere badituzte. Energia nuklearraren teknologiak fisio-erreakzioetan oinarritzen da, eta teknologia honetako aurrerapen orok onura eta arrisku esanguratsuak ekar ditzake. Oinarrizko kontzeptuak eta haien aplikazioa goiko arazoen bidez ulertuz, hobeto uler dezakegu fisio-erreakzioek eguneroko bizitzan duten eragina eta gehiago esploratu daitekeen potentziala.
