La vaca cegahisto.cat

Sí, exacte. L'aigua pesada (D₂O) s'ha utilitzat en reactors nuclears com a moderador per reduir la velocitat dels neutrons produïts durant la fissió nuclear.

Per què s'usa l'aigua pesada com a moderador?

1. Redueix la velocitat dels neutrons: Els neutrons emesos en la fissió són molt ràpids (neutrons tèrmics), però per a una fissió més eficient, cal alentir-los fins a velocitats tèrmiques (neutrons lents). L'aigua pesada és efectiva en aquest procés sense absorbir massa neutrons.

2. Baixa secció d'absorció de neutrons: A diferència de l'aigua normal (H₂O), l'aigua pesada (on l'hidrogen és substituït per deuteri, D) absorbeix menys neutrons, cosa que permet mantenir la reacció en cadena.

3. Estabilitat química: És estable a altes temperatures i radiacions, ideal per a reactors.

Reactors que utilitzen aigua pesada

• Reactors CANDU: Dissenyats al Canadà, utilitzen Dâ‚‚O com a moderador i refrigerant.

• Reactors de investigació: En alguns experiments nuclears, s'empra per controlar millor la reacció.

Diferència amb l'aigua lleugera (H₂O)

L'aigua normal també pot moderar neutrons, però absorbeix més neutrons que l'aigua pesada, cosa que requereix urani enriquit per compensar.

En resum, l'aigua pesada és valuosa en la tecnologia nuclear per la seva capacitat d'alentir neutrons sense interferir excessivament en la reacció en cadena.

Fonts:

• Introducció a l'enginyeria nuclear (J. R. Lamarsh).

• Funcionament dels reactors CANDU (Canadian Nuclear Association).

El principi descobert per Enrico Fermi que el va portar a guanyar el Premi Nobel de Física el 1938 és la existència de nous elements radioactius produïts per bombardeig de neutrons i el descobriment de les reaccions nuclears induïdes per neutrons lents.

Detalls clau del descobriment:

1. Bombardeig de neutrons (1934):

   • Fermi i el seu equip van demostrar que en bombardear elements amb neutrons, es podien induir reaccions nuclears, transformant nuclis atòmics en altres elements (transmutació artificial).

   • Van descobrir que els neutrons lents (alentits per un moderador, com aigua pesada o parafina) eren més efectius que els neutrons ràpids per induir fissions.

2. Producció d'elements transurànids (error fructífer):

   • Fermi va creure haver creat elements més pesants que l'urani (transurànids), però en realitat havia fissionat l'urani sense adonar-se'n (més tard ho van confirmar Hahn i Strassmann).

   • Tot i l'error, aquests experiments van obrir la porta a la fissió nuclear controlada.

3. Premi Nobel (1938):

   • El Comitè Nobel va premiar Fermi "per les seves demostracions de l'existència de nous elements radioactius produïts per irradiació de neutrons, i pel descobriment de reaccions nuclears causades per neutrons lents".

Connexió amb l'aigua pesada (D₂O):

Fermi va descobrir que els neutrons lents eren més eficients, i l'aigua pesada (juntament amb el grafit) es va convertir en un moderador clau en els primers reactors nuclears, com el Chicago Pile-1 (1942), el primer reactor nuclear autosostenible.

Fonts:

• Discurs del Nobel de Fermi (1938).

• "Atoms in the Family" (Laura Fermi, biografia).

• "The Making of the Atomic Bomb" (Richard Rhodes).

Fet necessari per iniciar una reacció en cadena

Per començar una reacció en cadena de fissió nuclear sostenible, cal assegurar que:

1. Hi hagi suficients neutrons lents (moderats per aigua pesada, grafit, etc.).

2. La massa crítica del material fisionable (urani-235, plutoni-239) sigui suficient perquè cada fissió generi més fissions (k ≥ 1).

3. S’evitin pèrdues de neutrons (mitjançant reflectors o dissenys eficients).

Mètodes per aturar una reacció en cadena (avui en dia)

Per controlar o aturar la reacció, s’utilitzen:

1. Barres de control (absorbents de neutrons):

   • Cadmi (Cd) o bor (B) → Absorbeixen neutrons ràpidament, aturant la reacció.

   • Grafit (en alguns reactors) → Alenteix neutrons, però en excés pot fer que la reacció es descontroli (com a Chernòbil, on va tenir l’efecte contrari).

2. Moderadors extraibles (aigua pesada o lleugera).

3. Sistemes d’emergència que insereixen les barres totalment en cas d’accident.

Principi descobert per Fermi pel qual va rebre el Premi Nobel (1938)

Fermi va ser guardonat pel descobriment de:

1. La radioactivitat induïda per neutrons (1934):

   • Va demostrar que en bombardejar elements amb neutrons, es podien crear nous isòtops radioactius.

2. L’eficiència dels neutrons lents (alentits per parafina o aigua):

   • Va descobrir que els neutrons lents (termalitzats) són molt més efectius per induir reaccions nuclears que els ràpids.

Connexió amb les reaccions en cadena

Els seus experiments van ser claus per al desenvolupament dels reactors nuclears, ja que van mostrar:

• Com controlar neutrons mitjançant moderadors (aigua pesada, grafit).

• La possibilitat d’una reacció en cadena autosostenida (que més tard es va provar al Chicago Pile-1, 1942).

Fonts:

• Discurs del Nobel de Fermi (1938).

• "The Making of the Atomic Bomb" (Richard Rhodes).

• Funcionament dels reactors nuclears (IAEA).

Resum

• Per iniciar la reacció: Neutrons lents + massa crítica + bon disseny.

• Per aturar-la: Barres de cadmi/bor o eliminació del moderador.

• Fermi: Premi Nobel per neutrons lents i radioactivitat artificial, base de la tecnologia nuclear actual.