5 ejemplos fisión y fusión nucleares
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Este artículo necesita la atención de un experto en Física. El problema específico es: tipos de reactores mezclados pero diferentes. Ver la página de discusión para más detalles. WikiProject Física puede ser capaz de ayudar a reclutar a un experto. (Octubre 2022)
Reacción de fisión inducida. Un neutrón es absorbido por un núcleo de uranio-235, convirtiéndolo brevemente en un núcleo excitado de uranio-236, con la energía de excitación proporcionada por la energía cinética del neutrón más las fuerzas que unen al neutrón. El uranio-236, a su vez, se divide en elementos más ligeros que se mueven rápidamente (productos de fisión) y libera varios neutrones libres, uno o más “rayos gamma rápidos” (no mostrados) y una cantidad (proporcionalmente) grande de energía.
Desintegración radiactivaAlfa α – Beta β (2β (0v), β+) – Captura K/L – Isomérica (Gamma γ – Conversión interna) – Fisión espontánea – Desintegración en racimo – Emisión de neutrones – Emisión de protonesEnergía de desintegración – Cadena de desintegración – Producto de desintegración – Nucleido radiactivo
La fisión nuclear es una reacción en la que el núcleo de un átomo se divide en dos o más núcleos más pequeños. El proceso de fisión produce a menudo fotones gamma y libera una gran cantidad de energía, incluso para los estándares energéticos de la desintegración radiactiva.
Ejemplos de fisión
La fisión es la división de un núcleo atómico en dos o más núcleos más ligeros acompañada de liberación de energía. El átomo pesado original se denomina núcleo padre, y los núcleos más ligeros son núcleos hijos. La fisión es un tipo de reacción nuclear que puede producirse espontáneamente o como resultado del choque de una partícula contra un núcleo atómico.
La razón por la que se produce la fisión es que la energía altera el equilibrio entre la repulsión electrostática entre protones cargados positivamente y la fuerza nuclear fuerte que mantiene unidos a protones y neutrones. El núcleo oscila, por lo que la repulsión puede superar a la atracción de corto alcance, provocando la división del átomo.
El cambio de masa y la liberación de energía dan lugar a núcleos más pequeños que son más estables que el núcleo pesado original. Sin embargo, los núcleos hijos pueden seguir siendo radiactivos. La energía liberada por la fisión nuclear es considerable. Por ejemplo, la fisión de un kilogramo de uranio libera tanta energía como la combustión de unos cuatro mil millones de kilogramos de carbón.
Para que se produzca la fisión se necesita energía. A veces se obtiene de forma natural, a partir de la desintegración radiactiva de un elemento. Otras veces, se añade energía a un núcleo para superar la energía de enlace nuclear que mantiene unidos a los protones y neutrones. En las centrales nucleares, una muestra del isótopo uranio-235 recibe neutrones energéticos. La energía de los neutrones puede hacer que el núcleo de uranio se rompa de varias maneras. Una reacción de fisión común produce bario-141 y criptón-92. En esta reacción en particular, un núcleo de uranio se rompe en un núcleo de bario, un núcleo de criptón y dos neutrones. Estos dos neutrones pueden dividir otros núcleos de uranio, dando lugar a una reacción nuclear en cadena.
Ejemplo de fusión nuclear
En el Episodio nº 1: Átomos y fuerzas fundamentales, comprendimos lo que hay dentro del núcleo de un átomo y aprendimos a dominar conceptos como protones, neutrones e isótopos: ahora estamos totalmente preparados para proseguir nuestro viaje hacia el descubrimiento de la energía nuclear.
Las dos reacciones nucleares de las que vamos a hablar hoy son la fisión y la fusión. Nos interesan mucho porque ambas pueden utilizarse para producir energía; intentemos ahora comprender qué son y en qué se diferencian.
Desde el punto de vista ortográfico sólo hay una vocal y una consonante diferentes entre ellas, pero en realidad se trata de dos reacciones exactamente opuestas en el átomo. La fisión nuclear se produce cuando un núcleo pesado se rompe y se divide en dos más ligeros, cuyas masas (al sumarse) son menores que la masa original. Para ello, debemos elegir un isótopo de un átomo; por ejemplo, el más pesado disponible en la Tierra, el 235U. Este isótopo, recordemos, tiene sus 92 protones, como todos los átomos de uranio, pero tiene “sólo” 235-92=143 neutrones.
Sigue siendo uranio, porque ya sabemos que cuando se cambia el número de neutrones de un átomo no se cambia su naturaleza, pero el núcleo en sí ya no es 235U: pasa a ser 236U, lo que nos recuerda que tiene un neutrón de más.
Proceso de fisión nuclear
La energía aprovechada en los núcleos se libera en las reacciones nucleares. La fisión es la división de un núcleo pesado en núcleos más ligeros y la fusión es la combinación de núcleos para formar un núcleo mayor y más pesado. La consecuencia de la fisión o la fusión es la absorción o liberación de energía.
Los protones y neutrones forman un núcleo, que es la base de la ciencia nuclear. La fisión y la fusión implican la dispersión y combinación de núcleos elementales e isótopos, y parte de la ciencia nuclear consiste en comprender el proceso que subyace a este fenómeno. La suma de las masas individuales de cada una de estas partículas subatómicas de cualquier elemento siempre dará una masa mayor que la masa del núcleo en su conjunto. La idea que falta en esta observación es el concepto llamado energía de enlace nuclear. La energía de enlace nuclear es la energía necesaria para mantener intactos los protones y neutrones de un núcleo, y la energía que se libera durante una fisión o fusión nuclear es la energía nuclear. Sin embargo, hay que tener en cuenta algunas cosas. La masa del núcleo de un elemento en su conjunto es menor que la masa total de sus protones y neutrones individuales. La diferencia de masa puede atribuirse a la energía de enlace nuclear. Básicamente, la energía de enlace nuclear se considera masa, y esa masa “falta”. Esta masa faltante se denomina defecto de masa, que es la energía nuclear, también conocida como la masa liberada de la reacción en forma de neutrones, fotones o cualquier otra trayectoria. En resumen, defecto de masa y energía nuclear de enlace son términos intercambiables.