Erreakzio nuklearrei (fisioa eta fusioa) buruzko galdera-adibideak
Erreakzio nuklearrak zientzia eta teknologiaren garapenean funtsezko fenomeno fisikoa dira, batez ere energia sektorean. Bi erreakzio nuklear mota nagusi daude: fisioa eta fusioa. Artikulu honetan, oinarrizko kontzeptuak, desberdintasunak eta hainbat arazo adibide eta haien irtenbideak aztertuko ditugu erreakzio nuklearrei lotuta, bai fisioari bai fusioari.
Fisio eta Fusio Erreakzioen Sarrera
Fisioa nukleo atomiko handi eta astun bat, hala nola uranio-235 edo plutonio-239, nukleo txikiago eta arinagoetan banatzen den prozesua da. Prozesu honek energia kantitate handia askatzen du, jatorrizko nukleoaren masa zati bat energia bihurtzen baita, Albert Einsteinen ekuazio ospetsuaren arabera, \(E=mc^2\). Fisio erreakzioak oso erabiliak dira zentral nuklearretan eta arma nuklearretan.
Aldiz, fusioa nukleo arinagoak nukleo astunagoak sortzeko konbinatzen diren prozesua da. Fusio-erreakzio baten adibiderik ohikoena hidrogeno-nukleoen helio-fusioa da, eguzkian eta beste izarretan gertatzen den bezala. Fusioak fisioak baino energia gehiago sortzen du masa-unitate bakoitzeko eta unibertsoko energia-iturri nagusia da.
Galdera eta eztabaida adibideak
Bi erreakzio nuklear mota hauek hobeto ulertzeko, fisika nuklearreko ikasgaietan maiz agertzen diren galdera batzuen adibide batzuk aztertuko ditugu.
1. galdera: Uranio-235aren fisio-erreakzioa
Fisio-erreakzio ohikoenetako bat uranio-235ak neutroi bat hartu eta bario-141 eta kripton-92 bihurtzen denean gertatzen da, beste hiru neutroi askatuz. Idatzi erreakzio honen ekuazioa eta kalkulatu askatzen den energia kopurua, uranio-235aren masa nuklearra 235,0439 u bada, bario-141arena 140,9144 u bada eta kripton-92arena 91,9262 u bada. Neutroi baten masa 1,0087 u da.
Eztabaida:
Gertatzen den erreakzio nuklearra honela idatz daiteke:
\[
\text{^{235}_{92}U} + \text{n} \rightarrow \text{^{141}_{56}Ba} + \text{^{92}_{36}Kr} + 3\text{n}
\]
Askatutako energia kalkulatzeko, masa-defizita jakin behar dugu, hau da, hasierako masaren eta produktuen masaren arteko aldea:
1. Hasierako masa = Uranio-235aren masa + Neutroien masa = 235,0439 u + 1,0087 u = 236,0526 u
2. Produktuaren masa = bario-141aren masa + kripton-92aren masa + 3 Neutroiaren masa = 140,9144 u + 91,9262 u + 3(1,0087 u) = 235,8607 u
3. Masa-defizita (Δm) = Hasierako masa – Produktuaren masa = 236,0526 u – 235,8607 u = 0,1919 u
Askatutako energia \(E=mc^2\) ekuazioa erabiliz kalkula daiteke, non 1 u 931.5 MeV-ren berdina den:
\[
ΔE = Δm × 931.5, MeV = 0.1919 × 931.5, MeV = 178.8 gutxi gorabehera, MeV
\]
Beraz, fisio-erreakzio honetan askatzen den energia 178.8 MeV ingurukoa da.
2. galdera: Hidrogenoaren fusio erreakzioa
Fusio-erreakzio baten adibide gisa, demagun bi deuterio-nukleoren (\( \text{^2_1H} \)) arteko erreakzioa helio-3 nukleo bat (\( \text{^3_2He} \)) eta neutroi bat sortzeko. Kalkulatu askatzen den energia deuterioaren masa 2,0141 u bada, helio-3aren masa 3,0160 u bada eta neutroiaren masa 1,0087 u bada.
Eztabaida:
Gertatzen den erreakzio nuklearra honela idatz daiteke:
\[
\text{^2_1H} + \text{^2_1H} \rightarrow \text{^3_2He} + \text{n}
\]
Kalkulatu erreakzioan gertatzen den masa-defizita:
1. Hasierako masa = 2(2,0141 u) = 4,0282 u
2. Produktuaren masa = Helio-3 masa + Neutroiaren masa = 3,0160 u + 1,0087 u = 4,0247 u
3. Masa-defizita (Δm) = Hasierako masa – Produktuaren masa = 4,0282 u – 4,0247 u = 0,0035 u
Askatutako energia kalkula daiteke:
\[
ΔE = Δm × 931.5, MeV = 0.0035 × 931.5, MeV = 3.26 gutxi gorabehera, MeV
\]
Fusio-erreakzio honetatik askatzen den energia 3.26 MeV ingurukoa da.
Konparaketa eta Aplikazioa
Bi adibide hauetatik ondoriozta dezakegu, fusio-erreakzioek fisio-erreakzioek askatzen duten energia baino energia apur bat gutxiago sortzen duten arren gertakari bakoitzeko, fusioaren abantaila nagusia askoz ere energia-potentzial handiagoa dela kantitate handietan egiten denean, hala nola fusio-erreaktore batean, idealki munduko energia-arazoak modu garbiago eta seguruagoan konponduko lituzkeelako.
Fisio erreakzioak oso erabiliak dira gaur egun zentral nuklearretan, baina segurtasunarekin eta sortzen diren hondakin erradioaktiboekin lotutako erronkei aurre egin behar diete. Bitartean, fusio erreakzioak, eguzki- eta izar-energiaren oinarria, garatzen ari dira, Frantziako ITER bezalako proiektuekin, fusio nuklearraren bideragarritasuna etorkizuneko energia garbiaren iturri gisa frogatzea helburu dutelarik.
Ondorioa
Erreakzio nuklearrak ulertzea, bai fisioa bai fusioa, funtsezkoa da garapen teknologiko eta zientifikoen testuinguruan. Gainera, ezagutza honek unibertsoaren funtzionamendua eta energia iturri iraunkorrak emateko dituen aplikazio potentzialak sakonago ulertzen laguntzen du. Erreakzio nuklearrak aztertzerakoan, goian aipatutakoen antzeko praktika-problemek energia nuklearraren kontzeptuak eta aplikazioak sakontzen laguntzen digute.
