Sign in or 
Share this
PROCESET BËRTHAMORE
FIZIKA E BËRTHAMËS SË ATOMIT
( Në rrugën e zgjidhjes së problemit bërthamor.. )
Radioaktiviteti artificial
Ky radioaktivitet u zbulua nga vajza e Maria Kyrit, nga Irena dhe burri i saj Frederik Zholio. Kur grimcat a dhe b dalin nga ndonjë burim dhe godasin bërthamat e atomeve stabile ato rezultojnë që atomi stabil të fillojë të rrezatojë poashtu. Ky është radioaktivitet artificial, edhepse në esencë nuk ka dallim në mes të radioaktivitetit artificial dhe natyror. Po marrim si shembull radioaktivitetin artificial që krijohet,kur sulmohet Alumini me predha të grimcave alfa, me ç’rast fitohet fosfori radioaktiv e prej tij pastaj krijohet Silici. 13Al27 + 2He4 = 15P30 + 0n1 15P30 = 14Si30 + 1e0 (pozitroni)
Më 1939 në Paris, Irena Kyri ( vajza e Maria Kirit) dhe burri i saj Frederik Zholio ( të dy fizikant të njohur Francez), fituan një element të ri të ngjajshëm me Lantanin. Irena dhe Frederiku konsiderohen zbuluesit e radioaktivitetit artificial, të cilët duke bombarduar uranin me neutrone fituan elemente më të lehta apo copëtuan bërthamat duke krijuar për herë të parë fisionin bërthamor artificial. Edhe Han dhe Shtrasman në Berlin fituan Bariumin në këtë mënyrë por te zgjidhja e problemit nuk erdhën.
Këtë dukuri të re e sqaruan të parët Austriaku, Oto Frish dhe Liza Majtner, të cilët atëherë punonin në Holandë, dhe thanë se Urani po coptohej në dy pjesë të barabarta, dhe pas këtij reaksioni, lirohet një energji e madhe. Francezët në këtë kohë, vërtetuan se me rastin e zhvillimit të këtij reaksioni të Uranit, krijohen neutrone të reja. Procesi i fisionit bërthamor zhvillohet kështu:
92U235+0n1 = 92U236+F1+F2+(2-3)n
ku F1 dhe F2 , janë fragmentet e bërthamave të copëtuara. Në fakt, para njerëzimit po hapej një epokë e re. U zbulua reaksioni i parë nuklear zingjir, me coptimin e bërthamës së Uranit me neutrone të shpejta. Mirëpo duhej finalizuar eksperimenti!.. Të njëjtin vit, më 1939 N. Bori, jep teorinë matematikore të fisionit bërthamor. Ndërsa lufta po afrohej, përpjekjet e shkencëtarëve Evropianë për të gjetur një energji të re më të fuqishme u ndërprenë. Njerëzit filluan të luftojnë!… Truri i Evropës apo intelektualët dhe shkencëtarët më të njohur, filluan të lëshojnë Evropën dhe u shpërngulën në Amerikë. Atje filluan sërish përpjekjet në kërkim të kësaj energjie. Enriko Fermi me shokët e tij, E. Segre, R. Openhajner, etj. në Çikago arritën të realizojnë për herë të parë në historinë e njerëzimit, reaksionin e parë zingjir, me 2 dhjetor 1942.
Me këtë hap u bë i mundur shrytëzimi i energjisë së re e cila ndodhet me bollëk në bërthamën e atomit. Reaksionet termo bërthamore (fuzioni si dukuri e kundërt me fisionin) Kur bashkohen dy bërthama të lehta dhe formohet një bërthamë e rëndë, një dukuri e tillë quhet fuzion bërthamor apo bashkim i bërthamave. Gjatë fuzionit bërthamor poashtu lirohet një energji shumë e madhe sikurse te fisioni apo coptimi bërthamor. Psh. Fuzion, është bashkimi i bërthamave të lehta, protoneve dhe neutroneve në bërthamë të He, Li, etj. Kur bashkohen dy neutrone fitohet grimca a dhe lirohet energjia prej 24 MeV-a.
1H2 + 1H2 = 2He4 + E (24 MeV-a) 1H2 + 1H3 = 2He4 + 0n1 apo: 1p1 +1p1 = 1H2 + e++ n
NË THELLËSI TË PROBLEMIT
Fiziko-kimistët gjerman, Hani (O.Hahn) dhe Shtrasmani (F.Strassmaun), në vitin 1939, kanë bombarduar atomin e uranit, izotopin 236 (urani 236 përftohet nga urani 235 me pranimin e një neutroni në bërthamë) me neutrone të ngadalësuara dhe në këtë rast është liruar një energji shumë e madhe, afro 15,5 miliard kJ, për një mol Uran. Gjatë këtij reaksioni, gjithnjë sajohen nga dy elemente të reja, që kanë masë atomike mdërmjet 95-140 njësi atomike
(1u=1.66 10-27 kg).
P.sh., sajohen këto elemente: kriptoni e bariumi, stronciumi e ksenoni, itriumi e jodi ose bromi e lantani. Duke coptuar atomin e uranit, përveç elementeve që sajohen, përfitohen edhe 2-3 neutrone për çdo coptim.
Elementet që sajohen gjatë coptimit janë radioaktiv, për shkak se kanë numër të madh neutronesh në bërthamë. Këto elemente emitojnë rreze beta dhe kështu, shndërrohen në afro 36 elemente të tjera, të ndryshme, duke filluar prej zinkut (30Zn65) e deri te terbiumi (36Tb159). Përveç uranit, izotopit 235, mund të coptohen, duke i bombarduar me neutrone edhe këto elemente: izotopi 238 i toriumit, izotopi 231 i rpotaktiniumit, izotopi 235 i uranit, izotopi 238 i uranit dhe izotopi 239 i plutoniumit. Vlen për të cekur se izotopi 235 i uranit coptohet duke e bombarduar bërthamën e tij me neutrone të ngadalshme, që kanë shpejtësi përafërsisht sa është shpejtësia e molekulave të gazeve, kurse izotopi 238 i uranit bombardohet duke vepruar me neutrone të shpejta. Për coptimin e pakontrolluar (bomba atomike) përdoret izotopi 235 i uranit. Ky izotop izolohet prej izotopit 238 të uranit me anë të difuzionit fraksional të heksafluorurit të urannit të gazët (UF6), ose me anë të ndarjes elektromagnetike, sipas principit të Estonit.
Për të vazhduar rekasionin vargor (të zinxhirt) nuk ka nevojë që çdo neutron, që sajohet nga coptimi i atomit, të jetë i aftë të kryejë coptimin e ri, pra, kushti minimal për mbajtjen e reaksionitvargor është që për çdo atom që pëson coptim të prodhohet, së paku, një neutron, i cili shkakton coptimin e bërthamës tjetër. Ky kusht është shprehë në formë të „faktorit të multiplikacionit“ „k“ (faktori i reproduksiorit) të sistemit, i cili përkufizohet në këtë mënyrë: „faktori i multiplikacionit tregon raportin në mes të numrit të neutroneve të një gjeneracioni (neutrone të sajuara), dhe numrit të neutroneve që i kanë pri coptimit të gjeneracionit në fjalë (neutrone të shpenzuara) për coptimin e bërthamave të gjeneracionit në fjalë“. Në qoftë se fakori i multiplikacionit është i barabartë ose më i madh se një (k£1) reaksioni vargor vazhdon, ndërsa në qoftë se ky faktor është më i vogël se një (k<1) reaksini vargor ndërprehet. P.sh., po e zëmë se një një gjeneracion fillon me 100 neutrone, për faktor të multiplikacionit ka vlerën baraz me një, atëherë edhe gjenerata e dytë, e tretë dhe gjeneratat e tjera do të kenë nga 100 neutrone. Në çdo proces të coptimit një numër i neutroneve që humbën duke u larguar nga sistemi, në krahasim me numrin e neutroneve që shkaktojnë coptimin e bërthamave të reja, mund të zvogëlohet me rritjen e dimenzioneve të sistemit. Largimi i neutroneve bëhet nga sipërfaqja, kurse zënja e neutroneve bëhet në mbrendi të sistemit uran moderator. Sipas kësaj numri i neutroneve që kanë humb nga sipërfaqja e jashtme nga madhësia e sipërfaqes së moderatorit, kurse numri i neutroneve të zëna varet nga madhësia e vëllimit të përgjithshëm. Për të arritur që numri i neutroneve të humbura me largimin e tyre nga sipërfaqja të zvoglohet në minimum, atëherë duhet të zvogëlohet sipërfaqja përkundrejt vëllimit.
Sipërfaqja më e vogël në vëllim më të madh arrihet në trupat sferik që kanë formën e topit. Kjo madhësi që kushtëzon reaksionin e coptimit vargor, quhet madhësi kritike dhe përkufizohet në këtë mënyrë:“ madhësia kritike është ajo madhësi në të cilën numri i neutroneve të prodhuara në procesin e coptimit të bërthamës plotëson numrin e neutroneve të emituara dhe absorbuara“. Madhësia kritike nuk është madhësi konstante dhe varet prej përbërjes izotope të uranit, sasisë relative të moderatorit dhe nga prania e lëndëve të ndryshme të cilat zëjnë neutrone në mënyrë pasive. Nëse sistemi ka madhësi më të vogël se madhësia kritike, atëherë numri i neutroneve humbet me shpejtësi më të madhe sesa që kompenzohet me coptimin e bërthamave dhe pët këtë shkak reaksioni vargor ndërprehet. Për të mbajtë reksionin vargor duhet siguruar që madhësia e rrjetës uran-moderatortë jetë më e madhe se madhësia kritike e saj. Reksionet vargore në mënyrë skematike paraqiten kështu: një neutron i bie bërthamës së uranit dhe këtë e copton duke sajuar përveç elementeve edhe dy neutrone të reja të cilat u bien bërthemave të tjera të atomit dhe në këtë mënyrë reaksioni vazhdon duke e rritur aktivitetin e vet. Izotopi 239 i plutoniumit, shpërthen sikurse edhe izotopi i uranit dhe pasi që kushton më lirë, për shkak se përftohet më lehtë se urani 235, përdoret më tepër për formimin e bombave atomike. Bomba e dytë atomike, që është përdorë në luftën dytë botërore, ka qenë e përbërë prej izotopi 239 të plutoniumit. Energjia atomike, që zhvillohet në mënyrë të pakontrolluar, fatkeqësisht, përdoret vetëm pët krijimin e bombave atomike.
Energjia atomike mund të shfrytëzohet edhe për qëllime paqësore, për ndërtimin e reaktorëve atomik, për nëndetëse që lëvizin me energji atomike, etj. Shfrytëzimi i energjisë atomike bëhet me ndihmën e reaktorit atomik, me të cilin bëhet coptimi i kontrolluar i atomit. Reaktori nuklear përmban 30-40 tonelata uran metalik, në formë shkopinjsh (afro 1000 shkopinjë) të gjatë 6m dhe të trashë 2-3 cm, në diametër. Në reaktor ka edhe grafit, prej 10-20 herë më shumë se uran. Shkopinjtë e uranit janë të renditur njëri pranë tjetrit, në largësi prej 20cm dhe me shtresë shkopinjsh. Në mes të shtresave gjendet një sasi e madhe e grafitit. Shkopinjtë e uranit janë të vendosur mbi disa kanale koksiale, nëpër të cilat përshkohet ajri, uji ose përzierja e kaliumit dhe natriumit, që e bartin nxehtësinë e sajuar dhe njëkohësisht absorbojnë vetëm një sasi të vogël të neutroneve. Grafiti në reaktor, me ndeshje elastike, e zvogëlon shpejtësinë e neutroneve dhe njëkohësisht, neutronet, nuk i absorbon. Në reaktorin nuklear vëhet urani natyral, i cili përbëhet prej dy izotopesh: izotopi 238, që ka 99,3% dhe izotopi 235 me 0,7%. Duke bombarduar izotopin 235 të uranit me neutrone coptohet atomi i uranit dhe sajohen dy elemente të reja dhe tri neutrone. Neutronet e përftuara nga coptimi i uranit 235 nuk e vazhdojnë reaksionin (reaksionin vargor) për shkak se absorbohen nga izotopi 238 i uranit (i cili është më me shumicë) duke dhënë izotopin radioaktiv 239 të uranit. Reaksioni i coptimit të izotopit 235 të uranit bëhet me anë të neutroneve të ngadalshme (afro 0,025 eV), gjë që i përgjigjet shpejtësisë 2200 m/s. Në reaksionin e absorbimit të neutroneve nga izotopi 238 i uranit nevojitet që nwutronet të kenë energji afro 25 ev. Për të penguar absorbimin e neutroneve nga izotopi 238 nevojitet që shpejtësia e neutroneve të liruara nga coptimi i izotopit 235 të uranit, të cilat kanë energji afro një milion ev., të zvogëlohet me ndihmën e „moderatorëve“, nën zonën e rrezikshme prej 25 ev. Si moderator praktik përdoret uji i rëndë ose grafiti. Neutronet, duke bërë ndeshje elastike me këtë moderator, e humbin shpejtësinë she për këtë shkak nuk mund të absorbohen nga izotopi 238 i uranit. Në rekator futen edhe disa shkopinjë prej kadmiumi, të cilët sipas nevojës, i absorbojnë neutronet e tepërta në reaktor dhe ndihmojnë për ta shpejtësuar, ngadalësuar ose për ta shuar reaksionin vargor të coptimit. Nxehtësia në rektorin atomik përcillet me anë të lëgurës kalium-natrium (75% kalium e 25% natrium). Kjo lëgurë nxehtësinë ia përcjell ujit avulli i të cilit e lëvizë gjeneratorin për prodhimin e rrymës elektrike.
Çfarë ndodh në reaktorin nuklear? Në reaktorin nuklear lirohet energjia nukleare (bërthamore), e cila krijohet me coptimin apo fisionin e bërthamës së atomit të Uranit. Të gjithë reaktorët nuklearë janë të ndërtuar dhe punojnë në këtë princip. Mbrenda reaktorit, fisioni, liron energji dhe krijon neutrone të lira të cilat shkaktojnë fision të ri. Reaktorët nuklearë janë paisje ose makina me të cilat njeriu kontrollon fisionin duke shkaktuar më parë atë, me elementet e Uranit dhe duke krijuar një energji që i shërben atij. Reaktorët më së shumti, njeriu i përdor për krijimin e energjisë elektrike, por edhe për lloje tjera të energjisë.
Lënda djegëse bërthamore e reaktorit Lënda djegëse më e përdorshme për reaktorë nuklearë është Urani, i cili është elementi më i përhapur në Tokë, që përdoret për këtë qëllim. Mirëpo Urani në natyrë është i përzier me primesa tjera dhe është vështirë të ndahet, për atë edhe është i shtrenjtë. Urani është metali më i rëndë që mund të gjindet në natyrë. Është element radioaktiv i cili liron grimca a. I ka tri izotope natyrale, më të rëndësishmit janë: 92U235 dhe 92U238. Urani 92U238 është 140 herë më i përhapur se Urani 92U235 , por Urani 235 është më i përdoruri në reaktorë, sepse shumë lehtë copëtohet. Si lëndë nukleare përdoret edhe Urani- 233 dhe Plutoniumi- 239, ky i fundit fitohet në reaktorë nuklearë prej Uranit- 238, kurse Urani- 238 fitohet ngaTorijumi-232, në reaktorë bërthamorë. Pra është fjala për elemente artificiale që bazë kanë Toriumin.
Energjia e lidhjes së bërthamës Pse në bërthamën e atomit e tërë kjo energji? Si lirohet ajo? Përse Urani 235 coptohet më lehtë se Urani 238 kur të dyja janë izotope të njëllojta të Uranit. Problemi qëndron në atë se Urani 235, coptohet me neutrone të shpejta por edhe të ngadalta, kurse Urani 238 mund të pësojë fision vetëm me neutrone të shpejta. Paramendoni bërthamën e Heliumit me vetëm 4 nukleone dhe Uranin 238, se çfarë energjie duhet për t`i mbajtë ato të bashkuara. Si shembull merrni 238 sfera biliardi, a mund t`i mbajmë së bashku pa pasur një energji të madhe. Pra energjia që i duhet së paku një grimce për tu mbajtur në bërthamë quhet energji e lidhjes. Energjia e lidhjes nuk është e njëjtë për të gjitha bërthamat atomike.
mb(ZXA) < Zmp+Nmn 2mp+2mn > mb(2He4)+Dm
Ndihma e Ajnshtajnit Se çfarë ndodhë me masën e bërthamës, kur paraqitet, defekti i masës, e sqaroi Ajnshtajni duke thënë se ,,materja nuk guxon të humbet”, në pajtim me ligjin e ruajtjes së energjisë, i cili thotë se energjia para dhe pas reaksionit ruhet. Ajnshtajni e dha edhe formulën për shëndrrimin e energjisë e cila është: E = mc2
ku: E-energjia e grimcave m-masa e grimcave, c-shpejtësia e dritës c = 2,99 × 108 m/s Nëse defektin e masës e shëndrrojmë në energji përmes formulës së Ajnshtajnit, fitojmë një energji shumë të madhe prej 200 MeV-a për çdo fision të Uranit. Elektronvolti është energjia e cila duhet t`i jepet një elektroni për të përvetësuar ndryshimin e energjisë potenciale prej një Volti. 1eV = 1,6 ×10-19 C
Energjia e fisionit (coptimit) Energjia prej 200 MeV-a, është shumë e vogël. Për të fituar fuqinë prej një Vati, psh. duhet të ndodhin 30 mijë coptime të Uranit. Por në një gram Uran, ka shumë tepër atome, kjo shumë është fantastike. Dhe nga vetëm një gram Uran lirohet energjia prej 23 MWh apo 23 milion-vat–orë, dmth, 1 MW energji në ditë.Energjia nukleare është shumë e shtrenjtë, sepse vështirë sigurohet Urani.
Shembuj të përdorimit të kësaj energjie Vendi ynë, Kosova dhe Shqipëria kanë nevojë të madhe për energji. Edhepse ekzistojnë burime të ndryshme të energjisë, që burojnë nga Toka jonë e pasur, ne duhet të ruajmë ato për brezat që vijnë. Prandaj energjia bërthamore dhe enrgjitë tjera të ripërtritshme janë më se të nevojshme për momentin. Prandaj po llogarisim se Kosova momentalisht, shfrytëzon rreth 750 MWh energji elekrike mbrenda një dite (24 orë), atëherë duhen nga 30 gr. Uran, për çdo ditë që vendi ynë të furnizohet me rrymë elekrike pandërprerë. Nuk kemi të dhëna se sa kushtojnë 30 gr. Uran sot, në bursën e metaleve, por dihet se është më lirë se tërë masa e qymyrit që shpenzohet për të krijuar energjinë elektrike. Pjesët e reaktorëve nuklearë Reaksioni zingjir mund të jetë: 1. I kontrolluar dhe 2. I pakontrolluar I kontrolluar është në reaktor bërthamor, kurse i pakontrolluar kur shpërthen bomba nukleare. Reaksioni zingjir ruhet dhe kontrollohet me reaktorët bërthamor.(Reaktori i parë bërthamor është konstruktuar nga E. Fermi, fizikant italian, më 1942 në Çikago të SHBA-ve). Pjesët kryesore të reaktorëve nuklearë janë: ® Lënda djegëse bërthamore ® Moderatori (ngadalsuesi) ® Veglat për kontrollin e reaksionit ® Bartësit e nxehtësisë ® Materiale mbrojtëse
Si punon reaktori? Pasi që u njohëm me pjesët kryesore të reaktorit, tani të shohim se si punon reaktori. Puna e reaktorit varet shumë nga aparatura, nga lënda djegëse, nga moderatori, nga reflektorët, etj.
Historia e reaktorëve nuklearë
Reaktorët nuklearë janë makina relativisht të reja dhe historia e ndërtimit të tyre është e shkurtër.Reaktori i parë i cili është ndërtuar në botë është ai i vitit 1942, i ndërtuar në Çikago nga Fermi, dhe ka punuar gjatë luftës së dytë botërore. Rreth 20 vjetë më vonë, më 1954, filloi të punojë elektrana e parë atomike dhe po këtë vit filloi lundrimin nëndetësja e parë me mbushje bërthamore.
Tri vjetë më vonë më1957, u lëshua në det anija e parë me mbushje bërthamore, akullthyesi siberian “Lenini“. Anije të tilla ishin gjigante dhe kishin mundësi të thenin akullin shumë të trashë të Arktikut dhe të lëviznin shpejtë.
Edhepse kjo energji që japin reaktorët nuklearë përdoret shumë në vende tjera, ne si popull akoma nuk kemi ndërtuar ndonjë reaktor nuklear, as në Shqipëri, e as në Kosovë. Mirëpo shpresojmë që së shpejti do të ndërtohet një central nuklear edhe tek ne dhe më nuk do të kemi probleme, sikurse bota perëndimore.
Gjithë këto vegla, bëjnë që puna e reaktorit të jetë shumë e komplikuar.
Masa kritike e reaktorit Nëse kemi një sasi shumë të vogël Urani në funksion, ajo nuk mund të krijojë reaksionin zingjir.E njëjta gjë ndodh edhe me bombën atomike, nëse ka pak Uran mbrenda nuk eksplodon bomba.Kjo është ,,masa kritike“. Mbi masën kritike mund të shtojmë sa të duam Uran, por nën masën kritike, jo!.. Reaktorët e shpejtë nuk janë asgjë tjetër por një bombë atomike e kontrolluar. Këtu, Urani ndodhet në një vend sikurse te ,,koka bërthamore“. Nën masën kritike të Uranit, reaktori nuk punon. Masë aktive quhet masa e mjaftueshme e Uranit, në moderatorin e reaktorit nuklear. Me këtë masë reaktori punon pandërprerë.
Fuqia e reaktorit Varësisht prej llojit, reaktori mund të ketë fuqi të madhe apo të vogël. Reaktorët duhet të kontrollohen me kujdes për shkak të rrezikut ( si është rasti i Çernobilit, nga pakujdesia). Për të fituar fuqinë e reaktorit prej një Vati (1W), duhet që në reaktorë të kryhen rreth 31,000 milionë fisione. Pasi që për një copëtim duhet një neutron, atëherë për kaq copëtime duhen tri herë më shumë neutrone, për shkak të humbjeve të tyre,gjatë punës. Pas çdo fisioni lirohet energjia. Prandaj reaktorët nxehen duke punuar, kështu që është e nevojshme ftohja e tyre e cila bëhet me ujë.
Energjia e reaktorëve nuklearë ka gjetur zbatim në prodhimin e energjisë elektrike, në ngrohjen e qyteteve, si karburant për anije, nëndetëse, si dhe për qëllime ushtarake, etj.
leo2000 |
Latest page update: made by leo2000
, Jul 27 2007, 12:47 PM EDT
(about this update
About This Update
dt,27-07-2007
- leo2000
16 words deleted 3 images added view changes - complete history) |
|
Keyword tags:
None
More Info: links to this page
|
There are no threads for this page.
Be the first to start a new thread.
