Fusion y fision nuclear
Páginas: 13 (3155 palabras)
Publicado: 5 de julio de 2015
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 muy ligeros (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 como energía cinética de losproductos 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 pueden ser inducidos a
fisionarse mediante lacaptura 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
decombustión)
•
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 en un
reactor, uno de los neutrones emitidos en cada
reacción de fisión debeser 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:
- 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.
Fisión nuclear
Esquema de reacción de fisión en cadena
K<1: La reacción finalmente se extingue
K=1: La reacción se mantiene y es
autosuficiente (reactores nucleares)
K>1: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. Sonnecesarios
neutrones 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 alos mismos 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 reactor...
•
•
•
•
•
•
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 muy ligeros (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 como energía cinética de losproductos 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 pueden ser inducidos a
fisionarse mediante lacaptura 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
decombustión)
•
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 en un
reactor, uno de los neutrones emitidos en cada
reacción de fisión debeser 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:
- 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.
Fisión nuclear
Esquema de reacción de fisión en cadena
K<1: La reacción finalmente se extingue
K=1: La reacción se mantiene y es
autosuficiente (reactores nucleares)
K>1: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. Sonnecesarios
neutrones 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 alos mismos 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 reactor...
Leer documento completo
Regístrate para leer el documento completo.