L'energia nuclear és una de les fonts d'energia més potents i debatudes a la societat actual. El seu funcionament es basa en dos processos fonamentals: la fissió i la fusió nuclear. Ambdós processos tenen característiques molt diferents i aplicacions diverses en la producció delectricitat i en altres àmbits científics.
Per comprendre el funcionament de l'energia nuclear, cal analitzar amb detall com operen aquests dos mecanismes, quins són els avantatges i els desavantatges, i en quin estat es troba el desenvolupament de la fusió nuclear com a alternativa més neta i segura per al futur. L'energia nuclear, tot i que és controvertida, continua sent una part integral del debat sobre el futur energètic i les seves aplicacions.
Què és la fissió nuclear?
La fissió nuclear és un procés en què el nucli d'un àtom pesant (com l'urani o el plutoni) es divideix en dos o més nuclis més lleugers després de ser impactat per un neutró. Aquesta divisió allibera una gran quantitat de energia en forma de calor i radiació, a més de generar nous neutrons que poden provocar una reacció en cadena.
Aquest mecanisme és el que s'empra actualment a les centrals nuclears per produir electricitat. L'energia calorífica alliberada escalfa aigua i genera vapor que impulsa turbines connectades a generadors elèctrics. Per entendre millor aquest procés, és útil analitzar com funciona una central nuclear.
Com funciona la fissió en una central nuclear?
Perquè la fissió nuclear es produeixi de manera controlada en una planta d'energia, es requereixen una sèrie d'elements clau:
- Reactor nuclear: És lestructura on es produeix la reacció en cadena de fissió de manera controlada.
- Combustible nuclear: Generalment s'usa urani-235 o plutoni-239, que són materials fissionables.
- Moderador: Substàncies com l'aigua o el grafit ajuden a controlar la velocitat dels neutrons.
- Barra de control: Dispositius que absorbeixen neutrons per regular la reacció en cadena i evitar que es descontroli.
- Generador de vapor i turbines: L'energia tèrmica obtinguda bull aigua, genera vapor i mou les turbines que produeixen electricitat.
És important considerar les avantatges i desavantatges de l'energia nuclear en analitzar-ne el funcionament i les implicacions a llarg termini.
Què és la fusió nuclear?
En contrast amb la fissió, la fusió nuclear consisteix en la unió de dos nuclis atòmics lleugers per formar-ne un de més pesat. Aquest procés és el que passa a l'interior del Sol, on els àtoms d'hidrogen es fusionen per formar heli i alliberen una enorme quantitat d'energia.
La fusió nuclear és considerada la font d'energia del futur, ja que produeix energia neta sense generar residus radioactius de llarga durada ni emissions de CO2. A més, el combustible utilitzat (deuteri i triti) s'obté a partir de l'hidrogen, un element abundant a la natura. Per conèixer més sobre el triti, un component essencial, pots llegir més sobre la seva importància aquí.
Per què és difícil assolir la fusió nuclear?
Tot i que la fusió nuclear és una opció energèticament eficient i segura, la seva implementació a nivell comercial continua sent un desafiament. Perquè la fusió passi, calen temperatures extremadament altes, superiors als 100 milions de graus Celsius. A aquesta temperatura, la matèria es converteix en plasma, un estat en què els nuclis poden superar les seves forces de repulsió i fusionar-se.
Un altre obstacle és el confinament del plasma, que s'ha de mantenir aïllat sense tocar cap superfície. L'ús de potents camps magnètics en dispositius com els reactors Tokamak i Stellarator és crucial per aconseguir això. Per entendre millor aquests processos, seria útil revisar com funciona l'energia nuclear i les aplicacions que té.
Diferències entre fissió i fusió nuclear
Encara que totes dues són reaccions nuclears, n'hi ha diverses diferències clau entre fissió i fusió:
- procés: La fissió divideix nuclis pesants, mentre que la fusió uneix nuclis lleugers.
- Font de combustible: La fissió utilitza urani o plutoni, recursos finits, mentre que la fusió empra hidrogen, un element abundant.
- Subproductes: La fissió genera residus radioactius de llarga durada, mentre que la fusió produeix residus de baixa activitat.
- seguretat: La fissió pot patir accidents nuclears per reaccions en cadena descontrolades, mentre que la fusió s'autoregula i és més segura.
El futur de lenergia de fusió
Els avenços en la fusió nuclear han estat significatius en les darreres dècades. El 2022, científics del Laboratori Nacional Lawrence Livermore (EUA) van aconseguir per primera vegada que un reactor de fusió produís més energia de la que consumia per arrencar la reacció. Aquesta fita suposa un gran pas cap a la viabilitat comercial de la fusió.
S'espera que en els propers 15-20 anys es construeixin prototips de plantes de fusió comercial, amb l'objectiu que aquesta tecnologia estigui plenament operativa a la dècada de 2040. La fusió nuclear promet ser una solució sostenible problemes energètics del planeta. A diferència dels combustibles fòssils, no emet gasos amb efecte d'hivernacle i podria proporcionar una font d'energia pràcticament inesgotable.
La cerca de fonts d'energia netes i sostenibles ha portat la ciència a explorar el potencial de la fusió nuclear com a alternativa a la fissió. Mentrestant, la fissió continua sent una font clau de generació elèctrica a molts països, i la seva seguretat és un tema de constant atenció i millora.
En conclusió, l'energia nuclear, amb complexitats i possibilitats, continua sent un camp d'estudi crític per al futur energètic del planeta. A mesura que avancem cap a noves fronteres tecnològiques, la comprensió de processos com la fissió i la fusió nuclear esdevé cada cop més rellevant.