La revista degana en valencià

Els orígens de l’energia nuclear

22/09/2022

Putin ressuscita l’amenaça nuclear que semblava oblidada des de finals del segle passat, no només quan va posar en alerta les armes nuclears sinó també amb l’ocupació de Txernòbil i la central nuclear de Zaporiyia. Això fa que siga convenient recordar com està la situació actual de les armes nuclears i com s’hi ha arribat.

Això començà fa més d’un segle, quan Becquerel va descobrir casualment el 1896 que les sals d’urani emeten una radiació penetrant. Pierre i Marie Curie van extraure d’un mineral d’urani dos nous elements intensament radioactius que van anomenar poloni i radi. Aquestes radiacions van proporcionar l’instrument necessari per a comprovar l’estrany interior de l’àtom, el que va portar Rutherford el 1911 a la idea d’un àtom format per un nucli central (massiu i carregat positivament) al voltant del qual es movien els electrons. Quan Chadwick va descobrir el 1932 el neutró, una partícula neutra amb massa lleugerament superior a la del protó, es va admetre que els nuclis contenen Z protons i N neutrons, és a dir, un total d’A = Z + N nucleons. Es va poder explicar així l’existència de nous elements amb propietats químiques idèntiques a les dels elements ja coneguts, encara que difereixen en propietats físiques mitjançant el concepte d’isòtop, nucli amb el mateix nombre atòmic Z i diferent nombre màssic A i, per tant, amb les mateixes propietats químiques (és el mateix element) i diferents propietats físiques.

Amb l’establiment de la composició nuclear de protons i neutrons, queda plantejat el problema de l’explicació de l’estabilitat nuclear, atés que com que els protons tenen càrrega positiva, es repel·leixen entre si per interacció electromagnètica. Cal introduir una nova interacció entre els protons i els neutrons, la nuclear forta, d’una gran energia que fa que la massa total d’un àtom siga sempre menor que la dels protons, neutrons i electrons constituents. Aquest defecte de massa, Einstein l’explica a partir de la relació d’equivalència entre massa i energia en repòs E = mc2, on el valor elevat de la velocitat de la llum (c = 300.000.000 m/s) ofereix la possibilitat d’alliberar grans quantitats d’energia E si es desintegra una petita quantitat de massa m.

En una reacció nuclear es produeix el xoc de dos nuclis o un nucli i una partícula més simple.[1] Otto Hahn i el seu ajudant Fritz Strassman descobreixen el 1938 que en bombardejar urani-235 amb neutrons lents es produeix bari-144. Encara que Hahn no va ser capaç d’explicar-ho, va comunicar els resultats a Lise Meitner, que pel seu origen jueu havia hagut d’abandonar Alemanya. Ella i el seu nebot Otto Frisch van ser capaços d’explicar-ho en suggerir que el nucli s’havia partit en dos, s’havia fissionat. S’hi allibera una energia de 0,9 MeV/nucleó. Un problema de la fissió és si es pot originar una reacció en cadena, cosa que es va comprovar experimentalment per Enrico Fermi i Frédéric i Irène Joliot-Curie el 1939. En aquesta reacció, els nuclis dels elements pesats com l’U-235 o el Pu-239, sotmesos a bombardeig de neutrons, que no són repel·lits pel nucli perquè no tenen càrrega, es poden trencar en dos o més nuclis de massa intermèdia, alliberen energia i dos o tres nous neutrons a cada fissió, els quals poden col·lidir amb altres àtoms i així successivament. Si s’eliminen neutrons es controla la reacció i tenim un reactor nuclear. En les bombes nuclears la reacció no està controlada, i continua fins a l’esgotament del material en un temps molt curt.

Els resultats pràctics d’aquests experiments no tardarien a fer-se realitat convertits en les primeres armes nuclears de la història, però això ho veurem en el pròxim article.

[1]           Es pot trobar més informació sobre Lise Meitner i Irène Joliot-Curie en https://revistasao.cat/dones-cientifiques-de-la-primera-meitat-del-segle-xx/

Inscriu-te al nostre butlletí

Top