Connect with us

Znanost

Fizika

Priča o nuklearnom dobu


Projekt Trinity: prva nuklearna eksplozija (izvor: WIkipedia)

Projekt Trinity: prva nuklearna eksplozija (izvor: WIkipedia)

Zemlja je u nuklearno doba „eksplodirala 16. srpnja 1945. godine. Na taj dan Sjedinjene Američke Države testirale su potpuno novu vrstu oružja u pustinji Novog Meksika. Bomba Trinity, izrađena oko kugle plutonija veličine teniske loptice, proizvela je eksploziju jednaku eksploziji 20 000 tona TNT-a.

Narednih 60 godina proizvedeni su deseci tisuća tona plutonija i obogaćenog urana. Svjetski nuklearni arsenal broji oko 27 000 bombi. Devet država vrlo vjerojatno posjeduje nuklearno oružje, dok ostalih 40 posjeduje tehnologiju i materijal za proizvodnju.

No, nuklearna tehnologija istovremeno se koristi i za mirnodopske svrhe. Prvi komercijalni nuklearni reaktor spojen je na mrežu 1956. godine u Engleskoj. Danas 442 reaktora u 32 države proizvodi 16% svjetske električne energije.

Nuklearna energija slavila se kao jeftini izvor električne energije. No, to se promijenilo krajem 20. stoljeća kada su se dogodile neke od najstrašnijih nuklearnih katastrofa. Problem odlaganja istrošenog goriva postajao je sve veći, a nuklearke su dobile konkurenciju u obliku novih energetskih tehnologija. Uz sve to, nuklearna energija najvišu je stigmu nosila zbog nuklearnog oružja. No, problem globalnog zatopljenja ide na ruku upravo nuklearkama koje u atmosferu ne ispuštaju stakleničke plinove, tako da još uvijek imaju mnogo pristaša diljem svijeta.

Prvi korak prema oslobađanju energije iz atomske jezgre učinio je Albert Einstein 1905. godine kada je kroz svoju jednadžbu E = mc² utvrdio da sva masa ima energetski ekvivalent, te da sva energija ima maseni ekvivalent. 1938. godine njemački fizičari Otto Hahn i Fritz Strassman rascijepili su nestabilni atom urana pomoću neutrona. Sljedeće godine Lise Meitner i Otto Fisch rasvijetlili su proces nuklearne fisije, gdje se jezgre atoma cijepaju na lakše elemente, a kao nusprodukt dobivamo neutrone i energiju.

shematski prikaz nuklearne fisije (izvor: Wikipedia)

shematski prikaz nuklearne fisije (izvor: Wikipedia)

1941. godine američka vlada pokrenula je tajni projekt imena Manhattan. Tijekom tog projekta sagrađene su bombe koje će kasnije biti bačene na Hirošimu i Nagasaki, i time završiti Drugi svjetski rat. Voditelj tog projekta bio je Robert Oppenheimer i nije tajna kako je Oppenheimer imao mnoge dvojbe i strahove oko razvoja novog razornog oružja. Ti strahovi zabilježeni su i u operi Doctor Atomic skladatelja Johna Adamsa. Navedene bombe jedine su dosad koje su korištene u borbi, iako ih je testirano oko 2000. Projekt Manhattan koštao je oko 2 milijarde dolara, a na njemu je radilo oko 175 000 ljudi, među kojima je bilo i osmero nobelovaca.

Uran je najteži element koji nalazimo u prirodi i to u dva izotopa: U-238 i U-235. Za nuklearnu fisiju koristi se U-235, a on čini samo 0,7% posto u naslagama urana. Zbog toga se U-238 mora „obogaćivati da bi se dobio U-235.

Kada se atom U-235 bombardira neutronima, on ih apsorbira i postaje nestabilan. Potom se dijeli na dvije manje jezgre i dio mase se pretvara u energiju koja se manifestira kroz gama zrake i toplinu. Tada nastaje lančana reakcija koja je kod oružja nekontrolirana, a u reaktorima strogo kontrolirana.

Bomba koja je bačena na Hirošimu sastojala se od obogaćenog urana zbijenog s eksplozivom koji je služio kao detonator. Pomoću tog detonatora postigla bi se superkritična masa. Bomba bačena na Nagasaki sastojala se od plutonija koji može postići sličan efekt kao i uran. Plutonij se proizvodi od istrošenog nuklearnog goriva iz reaktora.

Projekt Castle Bravo: test termonuklearnog oružja (izvor: Wikipedia)

Projekt Castle Bravo: test termonuklearnog oružja (izvor: Wikipedia)

Nakon 1945. američka vojska je razvila hidrogenske (termonuklearne) bombe koje su po razornoj moći bile neusporedivo jače od atomskih. Neke od njih imaju snagu nekoliko milijuna tona TNT-a, a svoju snagu crpe iz nuklearne fuzije. U procesu nuklearne fisije atomske jezgre spajaju se u teže elemente. Hidrogenske bombe koriste male fisijske eksplozije kako bi proizvele visoke temperature potrebne za spajanje teških izotopa vodika. O toj nekontroliranoj snazi govori izvješće s testa kodnog imena Castle Bravo.

1. ožujka 1954. godine na atolu Bikini aktivirana je hidrogenska bomba, čija je snaga procijenjena na 5 megatona (5 milijuna tona TNT-a). No, zbog inženjerske greške detonacija je dosegla snagu od 15 megatona, što je dovelo do najveće nuklearne kontaminacije u povijesti SAD-a. Sedam godina kasnije Sovjetski Savez je na otočju Novaja Zemlja testirao bombu nadimka Car. Snaga te bombe procijenjena je između 50 i 58 megatona i do danas je najjače oružje ikad aktivirano na Zemlji. Nuklearna vojna tehnologija otada se počela primjenjivati u mnoge svrhe. Tako je atomsko oružje postavljeno na interkontinentalne balističke projektile koji mogu nositi i nekoliko desetaka bojevih glava, tj. jedan projektil može uništiti nekoliko ciljeva odjednom nakon što se na velikoj visini bojeve glave odvoje i svaka krene prema određenoj meti.

usporedba između standardne i termonuklearne bombe (izvor: oobject.com)

Padom bombi na Hirošimu i Nagasaki započeo je Hladni rat i utrka u naoružanju. Sovjeti su svoju prvu bombu testirali 1949. godine, Britanci 1952., Francuzi 1960. i Kina 1964. Od 1998. nuklearne sile su i Indija i Pakistan. Za Izrael se vjeruje kako posjeduje nuklearno oružje, dok je Sjeverna Koreja 2005. objavila da posjeduje atomsku bombu. Do 2013. godine Korejci su obavili tri podzemna testiranja, no zbog izoliranosti te zemlje teško je utvrditi sve činjenice vezane za te testove.

Dok barem devet zemalja na svijetu posjeduje nuklearno oružje, njih 187 obvezalo se da ga neće proizvoditi. Dvadesetak zemalja, kao što su Švicarska, Brazil, Argentina, Kanada i Južnoafrička Republika, nekada je imalo program za izradu oružja, no nakon potpisivanja Ugovora o neširenju nuklearnog oružja (Non-Proliferation Treaty ili NPT) 1968. godine od tog su programa odustale. Cilj tog ugovora bio je spriječiti širenje nuklearnog oružja i obvezati nuklearne sile na međusobnu razmjenu tehnologije i materijala za mirnodopske svrhe. Do 1986. godine ukupno je uništeno 38 000 nuklearnih (bojevih) glava. Novim zakonom u SAD-u 1996. pokušalo se ograničiti testiranja, no Senat ga nije prihvatio. Jedan od najvećih izazova je i nadzor oružja koje je ostalo nezaštićeno i nezbrinuto nakon raspada Sovjetskog saveza, tako da su zemlje G8 poklonile milijarde dolara za uništenje i kontrolu tog oružja. Međunarodna agencija za nuklearnu energiju suočava se s velikim problemima zbog krijumčarenja nuklearnih materijala i tehnologije iz straha da ti materijali ne padnu u ruke terorista. Iako teroristi ne bi mogli napraviti standardnu nuklearnu bombu, od tih materijala mogu izraditi tzv. prljavu bombu koja nije toliko razorna, ali je izrazito radioaktivna. Da su strahovi opravdani, govori i činjenica da je 2004. objavljeno kako su pakistanski znanstvenici prodavali nuklearnu tehnologiju Libiji i Sjevernoj Koreji.

Atomi za mir

Prva asocijacija koja nam pada na pamet kad čujemo riječ „nuklearno je razorna eksplozija i veliki oblak u obliku gljive. Činjenica je da je prvi nuklearni reaktor izgrađen 1944. godine u SAD-u služio za proizvodnju plutonija. Prvi komercijalni reaktor sagrađen je Engleskoj 1956. godine. U današnje vrijeme Japan i Francuska dobivaju 75% električne energije iz nuklearnih elektrana.

Za razliku od atomskog oružja, lančana reakcija u nuklearnim reaktorima strogo je kontrolirana. Da bi se izbjegla nekontrolirana reakcija, između šipki s nuklearnim gorivom nalaze se kontrolne šipke koje reguliraju tok neutrona. Ako su šipke spuštene duboko u reaktor, reakcija se ograničava i smanjuje se količina topline koju emitira. U nama najbližoj elektrani u Krškom kontrolne šipke reguliraju se pomoću elektromagneta. U slučaju nesreće ili nestanka struje, šipke se pod utjecajem gravitacije spuštaju cijele u reaktor i zaustavljaju reakciju. Slična praksa je česta u modernim svjetskim elektranama. Za hlađenje se najčešće koristi voda, no postoje i reaktori hlađeni pomoću ugljikovog dioksida.

nuklearna elektrana Krško: reaktor je smješten u visokoj cilindričnoj građevini (izvor: icjt.com)

nuklearna elektrana Krško: reaktor je smješten u visokoj cilindričnoj građevini (izvor: icjt.com)

Nuklearni reaktori su vrlo neučinkoviti i koriste samo oko 1% energije pohranjene u gorivu. Da bi spriječile tu neučinkovitost i smanjile količinu otpada, neke zemlje započele su s „recikliranjem nuklearnog goriva. Učinkovitiji (ali nesigurniji) su napredni reaktori hlađeni s tekućim natrijem, koji mogu iskoristiti i do 75% energije iz urana. Razvitak minijaturnih reaktora kao što je RAPID-L možda će jednog dana omogućiti da svaka zgrada u podrumu ima vlastiti izvor električne energije, iako su primarno zamišljeni kao izvor energije na potencijalnim marsovskim i mjesečevim kolonijama.

Nuklearna energija također se pokazala vrlo uspješnom na raznim plovilima. Prva nuklearna podmornica Nautilus već je kod porinuća postala legendom, a njezino putovanje ispod sjevernog pola u to je vrijeme bilo jedno od najvećih tehnoloških dostignuća. Kako nuklearnom reaktoru nije potreban zrak za funkcioniranje, podmornica može provesti više mjeseci pod vodom i ograničena je samo zalihama hrane. Reaktori pokreću i ogromne nosače aviona, čiji je radijus kretanja neograničen, a gorivo im traje do 25 godina. Sovjetska mornarica sagradila je i nekoliko nuklearnih ledolomaca koji su uspjeli doploviti i do sjevernog pola. Radioizotopni termoelektrični generatori koriste se kao izvor energije za svemirske misije kao što su Cassini i Galileo.

Kritične situacije

Nuklearne nesreće noćna su mora svakog čovjeka. Najgora američka nuklearna katastrofa dogodila se 1979. godine u elektrani Otok tri milje kada je zakazao sistem za hlađenje. Došlo je do rastapanja reaktora i ispuštanja radioaktivnih plinova u atmosferu.

novi sarkofag koji će prekriti uništeni reaktor u Černobilu (izvor: WIkipedia)

Najveća nesreća dogodila se 1986. godine u Černobilu. Kod sigurnosnog testiranja došlo je do fatalne pogreške, nakon čega je došlo do eksplozije koja je uništila pokrov reaktora. Radijacija je na licu mjesta ubila 30 ljudi, a pravi razmjer ove katastrofe nikada neće biti do kraja poznat. Ostala tri reaktora u Černobilu nastavili su raditi sve do 2000. godine kada su i oni ugašeni. U Černobilu trenutno traje izgradnja hangara kojim bi se pokrio uništeni reaktor. Na taj će način biti zamijenjen stari sarkofag koji je nabrzinu sagrađen nakon katastrofe. Zadnja nuklearna katastrofa dogodila se u Fukushimi nakon razornog tsunamija.

Iako nuklearno doba traje već 70 godina, još uvijek nije pronađeno pravo rješenje za odlaganje nuklearnog otpada.

6 komentara

6 Comments

  1. Nikola Krolo

    listopad 1, 2014 kod 8:58 am

    u jednom dijelu teksta piše da je fisija spajanje atoma u teže atome…
    Jel to nije naziv za fuziju?

    • Nikola Krolo

      listopad 1, 2014 kod 9:04 am

    • Hrvoje Martinolić

      listopad 1, 2014 kod 7:16 pm

      gdje se to točno nalazi u tekstu? možda je tipfeler

    • Nikola Krolo

      listopad 2, 2014 kod 6:11 am

      ispod slike sa crvenom gljivom i tekstom “Projekt Castle Bravo: test termonuklearnog oružja”…
      Tekst ide:
      “Nakon 1945. američka vojska je razvila hidrogenske (termonuklearne) bombe koje su po razornoj moći bile neusporedivo jače od atomskih. Neke od njih imaju snagu nekoliko milijuna tona TNT-a, a svoju snagu crpe iz nuklearne fuzije. U procesu nuklearne fisije atomske jezgre spajaju se u teže elemente.”
      Tekst mi nekako nema smisla

    • Hrvoje Martinolić

      listopad 2, 2014 kod 8:42 am

      da,to je tipfeler. javiti cu adminu da ispravi!

  2. Vladek

    siječanj 13, 2015 kod 8:14 pm

    Postoji i novi projekt, pod nazivom Iter. Radi se u Francuskoj, već 6-7 godina u suradnji sa svim najvećim zemljama svijeta njih 7…. http://sh.wikipedia.org/wiki/ITER O samome projektu se vrlo malo govori ,treba biti gotov 2020g. Tvrde, da 1000 ovakvih reaktora treba predstavljati trajno riješenje čiste energije, za ćovjećanstvo na planeti…

Ostavi komentar

Vaša adresa e-pošte neće biti objavljena. Obavezna polja su označena sa *

Više u Fizika

Popularno

Advertisement

Pratite nas na Fejsu

Na Vrh