Nuklea energio

Atomkerna energio (aŭ nuklea energio) estas la energio produktita per la procezoj okazantaj en atomkernoj.

Ekzistas du ĉefaj procezoj kiuj permesas la praktikan produktadon de energio por teĥnikaj celoj:

• La fendiĝo de pezaj nukleoj, ekz-e uranio, kiu nomiĝas nuklea fisio.
• La fandiĝo de du malpezaj atomkernoj, kiu nomiĝas fuzio. Tiu ĉi estas la procezo per kiu kreiĝas la energio de la suno kaj la ceteraj steloj.

La fisio estas uzata en la t.n. nuklea elektrejo, por la produktado de elektro. La fuzio kaj fisio estas ambaŭ uzataj por armilaj celoj (vidu atombombo).

La ĝusta nomo de tiu tipo de energio estas "atomkerna energio" aŭ "nuklea energio". Oni tre ofte uzas la vorton "atomenergio", sed tio estas principe erara, ĉar ja ankaŭ la ĥemiaj procezoj okazas en la atomo, kvankam ne en la kerno.

La historio de nuklea energio komenciĝas per la malkovroj pri radiaktiveco fine de la 19-a jarcento. La unua, kiu havis la ideon gajni energion el atomaj nukleoj, estis la sciencisto Albert Einstein (Ejnŝtejno) en 1905. Poste la scienca evoluo de la nuklea fiziko en la unua duono de la 20-a jarcento kondukis al la konstruo de la unua funkcianta eksperimenta-demonstra reaktoro, fare de Enrico Fermi en Usono, la 2-an de decembro 1942 kaj al la fifamaj eventoj de la dua mondmilito, kun ĵeto de atomaj bomboj al Hiroŝimo kaj Nagasako. En 1961 Rusio eksperimentis pri la bombo Car, kun energio de 50 megatunoj (da TNT-ekvivalento), tio estas la 3.125-oblo de la bombo de Hiroŝimo.

Nur en la dua duono de la 20-a jarcento komenciĝas provoj gajni nuklean energion ankaŭ por civilaj celoj, por produktado de elektro. En 1954 estis konstruita la unua ŝipo nuklee movata, submarŝipo Nautilus (SSN-571). Dum surfacaj ŝipoj nuklee pelataj ne disvastiĝis, armeaj submaraj ŝipoj estas sukcesa ideo, ĉar dizelaj motoroj bezonas aeran oksigenon kaj ne estas uzeblaj subakve.

Dum la tuta daŭro de la malvarma milito restis la duobla intereso pri nuklea energio sur la milita kaj la civila frontoj.

Por produkti elektron per nuklea (fisia) energio establiĝis la principo transformi ĝin al varmo kaj per akva vaporo funkciigi turbinojn. Kiam montriĝis la malfacileco sekure konservi la nuklean rubaĵon de atomcentraloj, en multaj landoj multiĝis protestoj kontraŭ ili. Kelkaj nukleaj akcidentoj (Three Mile Island, Ĉernobilo, Nuklea centralo Fukuŝima 1) fortigis ilin.

La gajnado de nuklea energio baziĝas sur malpliiĝo de maso. Laŭ la fama formulo E = mc² maso m estas ekvivalenta al energio E, do malpliigo de maso devas produkti plion de energio, ekzemple en la formo de rapide flugantaj partikloj aŭ de varmo.

Vidu ankaŭ: nuklea fisio

Fisio signifas rompado de nukleo ĉe elsendo de konsiderinda kvanto de energio. Ĉe la klasika fisio de uranio neŭtrono frapas nukleon de uranio 235, kaj tiu fendiĝas al al du rompaĵoj (kriptona kaj baria atomoj) kaj elsendas du aŭ tri pliajn neŭtronojn, kiuj kapablas teni la fendadon aktiva (ĉenreakcio). La sumo de la masoj de la du rompaĵoj kaj la neŭtronoj estas iomete malpli ol tiu de la origina nukleo kaj la neŭtrono, kiu fendis ĝin; la diferenco transformiĝis al energio. La energio komence estas en la rapido de la disflugantaj rompaĵoj, neŭtronoj kaj radiado, sed ĝi estas transformebla al varmo. Ĉe tia procezo proksimume 0,1 % de la maso transformiĝas al energio, do proksimume 1 g por 1 kg da origina maso.

Nuklea fisio de uranio kaj plutonio estas eksperimente esplorita kaj inĝeniere ekspluatata de post la mezo de la 20-a jarcento. En aŭgusto 2007 ekzistis 439 komercaj nukleaj reaktoroj, kiuj produktis ĉirkaŭ 6 % de la primara kaj 13 % de la elektra energio mondaj. En la 30 OEKE-landoj la varmonuklea energio konsistigas 30 % de la elektra energio produktita.

Vidu ankaŭ: nuklea fuzio

Alia procezo por gajni energion el nukleo estas nuklea fuzio. Ĝi estas la malo de fuzio; pluraj koliziantaj nukleoj interfrapiĝas kaj formas (interalie) pli pezan nukleon, kiu tamen ne havas tute la mason de la antaŭaj nukleoj.

Ĉar ĉiu nukleoj havas pozitivan elektran ŝargon, por fuzio necesas tre interproksimigi ilin, por ke la forta interago superu la elektran dispoŝon. Por tio necesas altegaj temperaturoj, kiaj ekzemple ekzistas interne de steloj. Sur Tero la malfacilaĵoj fuzii en kontinua procezo ordinarajn hidrogenajn nukleojn H-1 (protonojn) estas nun nesupereblaj. Tial la esploro koncentriĝas al fuziado de pezaj hidrogenaj izotopoj, deŭterio kaj tricio, kies nukleoj pro la enestantaj neŭtronoj pli facile fuzias.

La nun plej progresinta projekto pri regebla nuklea fuzio estas la Internacia Termonuklea Eksperimenta Reaktoro (ITER)^[1], nun konstruata en suda Francio. Fakuloj taksas, ke la realigo de fuzia reaktoro taŭga por komerca energi-produktado daŭros ankoraŭ kelkajn jardekojn^[2]. La prototipo de tia centralo nomiĝas DEMO kaj nun estas planata de la anoj de projekto ITER.

Vidu ankaŭ: Radioizotopa termoelektra generatoro

Nukleaj piloj estas produktiloj de elektro, kiuj transformas ne kemian, sed nuklean energion, tiun de radiaktiva malkompono. Ili estas uzataj tie, kie necesas longdaŭra energifonto, precipe en medicino (enkorpaj elektraj aparatoj, ekz. kor-ritmiloj) kaj en kosmoflugado, kiam sunluma elektro ne sufiĉas. La elektro estas produktata per varmo, kiu hejtas termoelektran elementon el duonkondukta materialo. Kiel radiaktiva fonto estas uzata ekzemple plutonio 238.

La uzo de malrapide malkomponiĝanta materialo (plutonio 238 havas duoniĝtempon de 88 jaroj) principe permesas longan funkcidaŭron, sed la duonkonduktilo emas detruiĝi pro la radiado, ne efike ŝirmebla. Oni esperas pli longan vivon de piloj kun likvaj duonkonduktiloj^[3].

Vidu ankaŭ: atomŝipo

Ŝipoj, kiuj funkcias per nuklea energio, povas funkcii longe sen replenigo per brulaĵo. Krome iliaj motoroj ne bezonas aeran oksigenon, kio estas avantaĝo por submarŝipoj. Tial granda parto de la nuklee pelataj ŝipoj estas mar-armeaj submarŝipoj. Tiajn posedas Francio, Rusio kaj Usono.

La unua ne-armea ŝipo kun nuklea pelado estis la sovetia glacirompulo Lenin, kiu ekveturis la 5-an de decembro 1959. Ĝi havis tri reaktorojn. Nun ĝi estas muzeo en Murmansk. Entute oni konstruis 13 civilajn nukleajn ŝipojn^[4]; naŭ el ili estas aŭ estis sovetiaj aŭ rusiaj glacirompuloj. Ses el ĉi-lastaj ankoraŭ funkcias, krome la, same rusia, transportŝipo Sevmorput.

Pri nukleaj veturiloj aliaj ol ŝipoj estis kelkaj projektoj, sed la teknikaj obstakloj estis tro grandaj por realigo.

Vidu ankaŭ: Nuklea centralo

Medicino aplikas nuklean energion por diagnozo kaj terapio.

Diagnoza apliko de nuklea energio estas la enkorpigo de radiaktiva materialo en organismon por poste analizi la lokojn de gama-radiado. Ekzemple oni englutigas teknecio, kiu kemie tre similas al jodo kaj tial kolektiĝas en la tiroida glando. Analizo de la radiado de la teknecio donas precizajn informojn pri la grandeco de la glando (kiu emas grandiĝi pro manko de jodo). Teknecio 99m havas duoniĝtempon de nur 6 horoj, do ne tre malutilas al la organismo.

Terapie oni aplikas la radiadon de radiaktiva materialo por detrui malsanan, ekzemple kanceran histon.

Vidu ankaŭ: atombombo

Nuklea energio estas multe pridisputata. Ĉefaj argumentoj kontraŭ ĝia uzado estas la manko de taŭga deponejo por atomrubo kaj la misuzeblo por teroristaj celoj. (AVE prezentas esperantlingve ampleksan katalogon de kontraŭargumentoj ^[5]) Rilate al CO₂-emisio atomenergio havas novajn propagandistojn.

Rilate al la daŭrivo de energiprovizado estas grava la demando, kiom longe kaj de kie disponeblos nuklea brulaĵo. La nun plej uzata nuklea brulaĵo, uranio, laŭ taksado ankoraŭ sufiĉos por kelkaj jardekoj, depende de la pagenda prezo kaj de la kresko de la apliko de nuklea energio. Je prezo de 130 usonaj dolaroj per kilogramo la certaj provizoj sufiĉos por 67 jaroj^[6].

La problemon de limigita brulaĵ-provizo oni iam planis solvi per la kova reaktoro, sed la teknikaj problemoj ne estis solvitaj.

Ke la kvanto de brulaĵo necesa por nuklea centralo estas kompare malgranda, estas ekonomia avantaĝo por tiu tekniko. Estas disputate, ĉu necesas enkalkuli sekundarajn kostojn, precipe

• la sekuran konservadon de nuklea rubaĵo dum longa tempo
• la gardadon de nukleaj centraloj kontraŭ ŝtelado de radiaktiva materialo aŭ terorismaj atencoj
• la malkonstruon de centralo post ĝia utila vivodaŭro

La apuda bildo montras diversajn taksadojn por la kostoj de diversaj energifonton (flava: nuklea energio; nigra: karbo; blua: tera metano).

Rilate la vivmedion nukleaj centraloj havas la avantaĝon, ke ili ne produktas multe da forcej-efikaj gasoj. Aliflanke la eskapo de radiaktiva materialo, ĉu aktiva ĉu rubaĵa, povas grave malutili al la medio.

La teknikoj, kiuj servas por konstrui nukleajn centralojn, parte povas servi ankaŭ por konstrui nukleajn batalilojn, ekzemple la koncentrado de fisiebla materialo. En multaj landoj oni timas, ke tio povus faciligi la disvastigon de nukleaj bataliloj.

• 
  Regejo de la reaktoro Pulstar de la nord-karolina ŝtata universitato
• 
  Esplora reaktoro de la atom-instituto en Vieno

• Energia miksaĵo
• Nuklea centralo
• Nuklea energio laŭ lando
• Nuklea industrio
• Karbona neŭtraleco
• Kernfiziko
• Kontraŭatomenergia movado
• Eŭropa Komunumo pri Atomenergio
• Enrico Fermi
• Produktado de energio en estonteco
• Radioaktiveco
• Radioizotopa termoelektra generatoro
• Renoviĝanta energio
• Nuklea akcidento de Ĉernobilo
• Nuklea centralo Fukuŝima 1
• Internacia Atomenergia Organizo
• Kampanjo por Nuklea Senarmigado
• Komisarejo pri atoma energio

• Nuklea energio - la necesa risko, Kontakto, 2011:2

En tiu ĉi artikolo estas uzita traduko de teksto el la artikolo Energia nucleare en la itala Vikipedio.