Arts i lletres   |   Cites  |   Ciència i Tecnologia   |   General   |   Humor   |   Música

15 de gen. 2010

Reaccions i explosions nuclears

Si bé formen part de la llista de les coses més vergonyoses que devem a l'enginy humà, s'ha de reconèixer que, físicament (i només físicament parlant), les bombes nuclears tenen sex appeal. Una reacció nuclear descontrolada no es veu cada dia, i el seu visionat és sempre altament impactant.

Com ja deveu saber, una reacció nuclear és aquella que, a diferència de les reaccions químiques, canvia l'estructura atòmica de la matèria: podríem pensar-la com un embut pel qual entren àtoms amb un cert nombre atòmic (el nombre de protons d'aquest àtom) i en surten àtoms amb un nombre atòmic diferent. Per exemple, podria entrar Urani i sortir-ne Kriptó, o entrar Hidrogen i sortir Heli. En qualsevol cas, el nombre atòmic canvia, i per tant les propietats de l'element entrant i sortint poden no tenir res a veure. En aquest cas, la qüestió principal és si el nombre atòmic ha crescut o ha disminuït, i per això diferenciem dos tipus de reaccions nuclears:



Evidentment el tema és molt complex i no en sé prou per donar detalls i exemples sobre cada tipus de reacció. Ara bé: hi ha quelcom que sempre està involucrat en les reaccions nuclears: unes quantitats d'energia d'ordre descomunal. Perquè en les reaccions nuclears, tant en les controlades (les que es fan a les centrals nuclears) com en les descontrolades (les bombes), sempre s'allibera una quantitat d'energia enorme; la diferència és que la motivació de les centrals és filantròpica (o, en el pitjor dels casos, primer econòmica i filantròpica després) i la de les bombes és la destrucció massiva.

Bé, i d'on surt aquesta energia? Doncs això depèn del tipus de reacció que s'estigui tractant, però sempre s'aprofiten del fenomen anomenat defecte de massa. Per a certs enllaços atòmics, en la unió o trencament de nuclis atòmics es perd massa: és a dir, els àtoms resultants després de la reacció tenen menys massa que la suma de les masses de les partícules inicials. La pregunta lògica a fer-se és: on carai ha anat a parar aquesta massa? I la resposta és que enlloc, que s'ha traduït en energia. Concretament, tenim una cèlebre equació que ens dóna l'equivalència entre massa i energia:
\[E=mc^2\]
En el cas de les reaccions de fissió, s'acostumen a trencar nuclis grans i inestables: al nucli hi ha molts protons, el diàmetre és molt gran i, com que els protons es repelen entre si, en el moment que les forces d'enllaç deixen de fer efecte, l'àtom fa literalment un "pet", deixant anar com a subproducte (pel defecte de massa) una quantitat enorme d'energia. En el cas de les reaccions de fusió, s'uneixen àtoms de nombre atòmic petit per a formar-ne un de més gran (típicament dos isòtops pesants d'hidrogen formant heli-4) i, altre cop, pel defecte de massa guanyem una quantitat enorme d'energia. Ara, el més lògic és pensar: trencant àtoms guanyo energia i unint-los guanyo energia! Aquí passa alguna cosa... I és cert, però a mitges. Perquè l'energia d'enllaç nuclear té un màxim en el Ferro: és a dir, en general surt a compte unir àtoms de nombre atòmic més petit que el ferro, però si ho fem amb àtoms més grans hi perdrem energia. I viceversa: en general surt a compte trencar àtoms més grans que el ferro, però per a trencar àtoms més petits hi hauríem de posar energia.



Aquesta equació el que ens està dient és que, donada una certa massa, per saber a quanta energia equival s'han de multiplicar els kg per $c^2$, que és la velocitat de la llum al quadrat. Tenint en compte que la velocitat de la llum és de 300.000.000 m/s, el seu quadrat serà el número 90.000.000.000.000.000. Home, doncs no està malament no? És bastanta energia... De fet, el que ens indica tot plegat és que si trobem una manera de fer reaccions nuclears de fusió d'una manera controlada, tenim solucionat el tema del petroli i de la energia pel que li resta d'existència a la civilització humana. Per tres motius principals: primer, perquè la quantitat d'energia que ens proporcionaria seria pràcticament il·limitada; segon, perquè el combustible seria quasi infinit (tan sols es tractaria de captar isòtops pesants d'hidrogen i posar-los a la sopa); tercer, perquè a diferència de les reaccions nuclears actuals de fissió, les reaccions de fusió són "netes" i no tenen residus radioactius.

Hi ha una altra cosa a destacar en les reaccions de fusió, i és que si bé són molt energètiques (moltíssim), també requereixen d'una quantitat d'energia inicial enorme per a començar. La famosa bomba H (que, esperem, segueixi ben guardada al cau i no en surti fins el dia del desarmament nuclear mundial), o bomba nuclear de fusió, fa esclatar primer una petita bomba de fissió, que a la seva vegada fa augmentar moltíssim la temperatura i permet l'inici de la fusió.

En qualsevol cas, repeteixo i reitero que espero que mai ningú torni a pitjar el botó vermell i es repeteixin les catàstrofes monstruoses d'Hiroshima i Nagasaki. Això sí, si us pot la curiositat, us deixo un vídeo de proves de l'exèrcit dels EUA de 1958 fent proves amb explosions submarines. Com he dit abans, realment impactant.


5 comentaris:

Alasanid ha dit...

La veritat és que aquests monstres... Uff... Per una banda hi ha la destrucció que provoquen i per l'altra la física i enginy que hi ha al darrere (a més a més de l'espectacularitat de les explosions, la del youtube... deixa sense paraules).

Parlant de bombes H... No sé si havies vist res d'aquesta.

PEl que fa a les centrals de fusió... ho veig força complicat però ja veurem com acaba.

Gerard ha dit...

Quin monstre la Bomba del Tsar aquesta... Fa venir esgarrifances :s
No vull ni saber com devien quedar els voltants de la zona on la van llençar...

I sí, les centrals de fusió es veuen complicades, però mentrestant podem anar potenciant l'eòlica.

PepQuímic ha dit...

M'ha agradat conèixer el teu bloc, Gerard;
Concretament aquesta entrada sobre les reaccions nuclears és ben interessant i la gravació d'aquesta explosió submarina és espectacular!
Ens seguirem veient per la blocosfera.

Anònim ha dit...

Pot suposar un problema que un dels dos isòtops d'hidrogen que s'empren en l'energia nuclear de fusió sigui radioactiu? (Concretament, el triti)

Gerard ha dit...

Pel que fa a la a reacció, no. Ans al contrari: la força forta en fa més probable la fusió (per tenir un neutró més), i a més és més energètica.
El que diria que pot donar problemes és el confinament. L'emmagatzematge d'hidrogen és un problema obert encara: al tractar-se d'una molècula tan petita, el tanquis amb el contenidor i el material que el tanquis, sempre hi ha un cert grau de permeabilitat, i que s'escapin molècules radioactives dóna maldecaps...