Aplicaciones de la Física Nuclear
Páginas: 13 (3080 palabras)
Publicado: 14 de mayo de 2013
Tema 7. APLICACIONES DE LA FISICA NUCLEAR
•
•
•
•
•
•
Fisión nuclear
Reactores de fisión
Fusión nuclear. Reactores de fusión
Aceleradores de partículas
Aplicaciones de las radiaciones
Introducción a las partículas fundamentales
Energía nuclear
La energía de enlace por nucleón BA de
los núcleos de masa intermedia es mayor
que la de los núcleos muy pesados (A >
200) o los muyligeros (A < 20).
Por ello, existen 2 formas de obtener
energía:
FISIÓN NUCLEAR: Un núcleo pesado (235U) se divide en 2 núcleos más
ligeros, liberándose energía
FUSIÓN NUCLEAR: 2 núcleos ligeros (2H y 3H) se fusionan para formar otro
más pesado, liberándose energía
La liberación de energía es consecuencia de la transformación de masa en
energía (E = ∆m c2). Esta energía aparece comoenergía cinética de los
productos resultantes.
Fisión nuclear
•
Los núcleos pesados (Z > 92) pueden romperse de
forma espontánea en dos núcleos más ligeros (fisión
espontánea). Analogía con una gota de agua cargada
positivamente: existe un tamaño crítico a partir del
cual las fuerzas repulsivas ganan a las de cohesión
(solo se da en núcleos pesados)
•
Algunos núcleos pesados puedenser inducidos a
fisionarse mediante la captura de un neutrón
(descubrimiento por Hahn & Strassmann (1939))
n + 235U ---- 236U* ----- X + Y + de 1 a 3 n (nº medio = 2,5)
Eliberada = [m(235U) – m(X) - m(Y) – x mn] c2
•
La energía liberada se imparte como energía cinética
de los productos de fisión. Esta energía es muy grande
(en 1 reacción de fisión es del orden de unos 200 MeV,mientras que es de unos 4 eV para 1 reacción química
de combustión)
•
Los fragmentos de fisión suelen ser de muy distinto nº
másico A: fisión asimétrica.
Reactores de fisión
•
El que se emitan varios neutrones implica la
posibilidad de producir una reacción en cadena:
primer reactor nuclear construído en CHICAGO
por Enrico Fermi (1942)
•
Para mantener una reacción en cadena enun
reactor, uno de los neutrones emitidos en cada
reacción de fisión debe ser capturado por otro
núcleo de 235U y producir otra fisión.
•
CONSTANTE DE REPRODUCCION K: Número
medio de neutrones emitidos en cada fisión, que
producen de nuevo una fisión. K < 2.5 , por dos
razones:
Fisión nuclear
- Algunos neutrones pueden escapar de donde
se encuentra el “combustible nuclear”
-Algunos neutrones pueden ser capturados por
otros núcleos no fisionables, incluso por núcleos
fisionables , pero sin dar lugar a fisión.
Esquema de reacción de fisión en cadena
K1:La reacción en cadena está fuera de
control (Bombas nucleares)
Reactores de fisión
NECESIDAD DE UN MODERADOR:
• La probabilidad de producir fisión con neutrones muy energéticos es muy baja. Son necesariosneutrones de muy baja energía. Sin embargo, los neutrones emitidos en la fisión tienen altas
energías (E > 1 MeV). Tienen muy poca probabilidad de producir nuevas reacciones de fisión.
•
Para reducir la energía de los neutrones, se introduce un elemento MODERADOR. Los
neutrones “rápidos” emitidos en la fisión, chocan elásticamente con los átomos del
moderador, transfiriendo su energía a losmismos en forma de E cinética. Los moderadores
deben poseer bajo número atómico (H20, carbón), para que se den colisiones elásticas. Los
neutrones alcanzan una velocidad muy pequeña (equilibrio térmico con el moderador)
•
El elemento fisionable 235U representa tan solo el 0.7% del U natural (el 99.3% es 238U). El 238U
tiene una alta probabilidad de capturar neutrones, de modo que si elcombustible es U natural,
es difícil llegar a un factor de reproducción de K=1. Con un moderador como el H20 (El H
también tiene alta probabilidad de captura neutrónica) es imposible la fisión con U natural,
aunque sí con un moderador de agua pesada (D2O). Con H20 como moderador, es posible la
fisión en cadena empleando U enriquecido (del 1 al 4% en 235U ).
CONTROL DEL REACTOR:
• Para que un...
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Fisión nuclear
Reactores de fisión
Fusión nuclear. Reactores de fusión
Aceleradores de partículas
Aplicaciones de las radiaciones
Introducción a las partículas fundamentales
Energía nuclear
La energía de enlace por nucleón BA de
los núcleos de masa intermedia es mayor
que la de los núcleos muy pesados (A >
200) o los muyligeros (A < 20).
Por ello, existen 2 formas de obtener
energía:
FISIÓN NUCLEAR: Un núcleo pesado (235U) se divide en 2 núcleos más
ligeros, liberándose energía
FUSIÓN NUCLEAR: 2 núcleos ligeros (2H y 3H) se fusionan para formar otro
más pesado, liberándose energía
La liberación de energía es consecuencia de la transformación de masa en
energía (E = ∆m c2). Esta energía aparece comoenergía cinética de los
productos resultantes.
Fisión nuclear
•
Los núcleos pesados (Z > 92) pueden romperse de
forma espontánea en dos núcleos más ligeros (fisión
espontánea). Analogía con una gota de agua cargada
positivamente: existe un tamaño crítico a partir del
cual las fuerzas repulsivas ganan a las de cohesión
(solo se da en núcleos pesados)
•
Algunos núcleos pesados puedenser inducidos a
fisionarse mediante la captura de un neutrón
(descubrimiento por Hahn & Strassmann (1939))
n + 235U ---- 236U* ----- X + Y + de 1 a 3 n (nº medio = 2,5)
Eliberada = [m(235U) – m(X) - m(Y) – x mn] c2
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La energía liberada se imparte como energía cinética
de los productos de fisión. Esta energía es muy grande
(en 1 reacción de fisión es del orden de unos 200 MeV,mientras que es de unos 4 eV para 1 reacción química
de combustión)
•
Los fragmentos de fisión suelen ser de muy distinto nº
másico A: fisión asimétrica.
Reactores de fisión
•
El que se emitan varios neutrones implica la
posibilidad de producir una reacción en cadena:
primer reactor nuclear construído en CHICAGO
por Enrico Fermi (1942)
•
Para mantener una reacción en cadena enun
reactor, uno de los neutrones emitidos en cada
reacción de fisión debe ser capturado por otro
núcleo de 235U y producir otra fisión.
•
CONSTANTE DE REPRODUCCION K: Número
medio de neutrones emitidos en cada fisión, que
producen de nuevo una fisión. K < 2.5 , por dos
razones:
Fisión nuclear
- Algunos neutrones pueden escapar de donde
se encuentra el “combustible nuclear”
-Algunos neutrones pueden ser capturados por
otros núcleos no fisionables, incluso por núcleos
fisionables , pero sin dar lugar a fisión.
Esquema de reacción de fisión en cadena
K1:La reacción en cadena está fuera de
control (Bombas nucleares)
Reactores de fisión
NECESIDAD DE UN MODERADOR:
• La probabilidad de producir fisión con neutrones muy energéticos es muy baja. Son necesariosneutrones de muy baja energía. Sin embargo, los neutrones emitidos en la fisión tienen altas
energías (E > 1 MeV). Tienen muy poca probabilidad de producir nuevas reacciones de fisión.
•
Para reducir la energía de los neutrones, se introduce un elemento MODERADOR. Los
neutrones “rápidos” emitidos en la fisión, chocan elásticamente con los átomos del
moderador, transfiriendo su energía a losmismos en forma de E cinética. Los moderadores
deben poseer bajo número atómico (H20, carbón), para que se den colisiones elásticas. Los
neutrones alcanzan una velocidad muy pequeña (equilibrio térmico con el moderador)
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El elemento fisionable 235U representa tan solo el 0.7% del U natural (el 99.3% es 238U). El 238U
tiene una alta probabilidad de capturar neutrones, de modo que si elcombustible es U natural,
es difícil llegar a un factor de reproducción de K=1. Con un moderador como el H20 (El H
también tiene alta probabilidad de captura neutrónica) es imposible la fisión con U natural,
aunque sí con un moderador de agua pesada (D2O). Con H20 como moderador, es posible la
fisión en cadena empleando U enriquecido (del 1 al 4% en 235U ).
CONTROL DEL REACTOR:
• Para que un...
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