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ESTUDIO DE LA FISIÓN Y FUSIÓN
                    NUCLEAR




Asignatura: Biotecnología.
Autor: M. C. Carvajal.
ULPGC
ÍNDICE
Partículas elementales.
   1.OBJETIVO.
   2.INTRODUCCIÓN.
   3.PARTÍCULAS ELEMENTALES.
   4.EL NÚCLEO.
        • Fuerza Nuclear.
        • Energía de enlace.
        • Estabilidad Nuclear.
        • Defecto de masa.
        • Energía Nuclear.
        • Desintegración Radiactiva.
        • Leyes de Soddy.
        • Velocidad de Desintegración y Semivida.
        • Familias radiactivas.
        • Usos de los Radionúclidos.
        • Reacciones nucleares.
   5.Fisión y Fusión.
        • Fisión Nuclear.
                 • Energía Obtenida por la fisión de un núcleo.
                 • Mecanismos físicos.
                 • Reacciones de Fisión.
                 • Fisión controlada.
ÍNDICE


     7. ARMAMENTO DE FISIÓN NUCLEAR.
          • Bomba atómica de Fisión.
          • Balas de Plata.
     8. REACTORES DE FISIÓN NUCLEAR.
          • Combustible.
          • Moderador.
          • Ensamblaje.
          • Refrigerante.
          • Tipos de reactores
              • Generación de Energía.
              • Investigación.
              • Convertidor.
                   • Tipos de Reactores Generadores de Energía
                        • LRW
                        • CANDÚ
                        • FBR
                        • HTGBR
                        • BBMK
                        • RBMK
                        • ADS
ÍNDICE


     9.FUSIÓN NUCLEAR.
          • Reactor de fusión.
          • Armas de Fusión nuclear.
              • La bomba de hidrógeno.
     10.ACCIDENTES NUCLEARES.
          • Accidente Nuclear de CHERNÓBIL.
     11.CENTRALES NUCLEARES EN EL MUNDO.
     12. TIPOS DE ENERGÍA
     13.DEBATE FINAL ENERGÍA DEL FUTURO.
     14.BIBLIOGRAFÍA
Objetivo.




Nuestro Objetivo en el presente trabajo consiste en definir Los
mecanismos de Fisión y Fusión Nuclear ,sus aplicaciones e
inconvenientes, y finalmente generar un debate sobre cual será la
energía del futuro.
INTRODUCCIÓN.
Se denominan fisión y fusión nuclear a dos procesos nucleares exoenergéticos con importantes
aplicaciones. Ambos procesos producen cantidades extraordinariamente elevadas de energía, y
ambos procesos son básicos en la concepción de los reactores nucleares utilizados en la
producción de energía eléctrica. La fisión es un fenómeno que atañe a los núcleos más pesados
(uranio y plutonio principalmente). La fusión, sin embargo, es un proceso que tiene lugar de
forma natural en las estrellas. Por eso brillan (emiten fotones) y además emiten otras partículas
de gran interés para la astrofísica. A lo largo de este trabajo acerca de la fisión y fusión se hará
una introducción a los mecanismos y reacciones nucleares que tiene lugar en ambos procesos y
también se trataran los dos usos prácticos más importantes que se extraen de estos dos
fenómenos que son la generación de energía con los reactores nucleares y las armas nucleares.
En el apartado dedicado a la fusión también se analiza al Sol como reactor termonuclear.
INTRODUCCIÓN

Propiedades
 Químicas

        Distribuciones
         Electrónicas



                 Núcleos
                 Atómicos


                            Reacciones
                            Nucleares
INTRODUCCIÓN
Reacciones Nucleares
 • Procesos Acompañados por la liberación de una gran cantidad de energías

 • Transmutaciones de unos elementos en otros.


     Reacciones Nucleares                                 Reacción Química Ordinaria

• Los elementos pueden transmutarse                • No se producen nuevos elementos.
  en otros

                                                    • Habitualmente solo participan los
 • Están implicadas Las partículas del                electrones mas externos
 Núcleo.
                                                    • Se liberan o absorben pequeñas
 • Se liberan o absorben grandes                    cantidades de energía(relativamente)
 cantidades de energía

 • La velocidad de reacción no la determinan        • La velocidad de reacción es función
   factores externos                                  de P ,T ,C , Catalizadores.
INTRODUCCIÓN
CRONOLOGÍA

• Edad media : Los alquimistas intentan convertir otros
Metales en oro sin llegar a conseguirlo.

• 1896 Henry Becquerel descubre la radioactividad natural
(Rayos radioactivos procedentes de un compuesto de uranio).

• Un estudio de Ernest Rutherford sobre estos rayos
demuestra la posibilidad de convertir un átomo en otro
diferente mediante desintegración nuclear.
• Años mas tarde se demuestra la posibilidad de convertir un
elemento en otro al bombardear los núcleos con partículas
subatómicas, liberando radioactividad(radioactividad inducida).
• 1903 Henry Becquerel-Pierre y Marie Curie premio Nobel de Física por el descubrimiento de la
 radioactividad natural.

• 1911 Marie Curie premio Nobel de Química por el descubrimiento de los nuevos elementos
Radioactivos Po y Ra y los compuestos del Ra.

• 1935 Irene Joliot Curie- Frederic Joliot premio Nobel de Química por síntesis de un nuevo
elemento radioactivo.
INTRODUCCIÓN
Aplicaciones

  “El descubrimiento de H. Becquerel indujo a varios investigadores a descubrir e investigar
  nuevos elementos radioactivos. En la actualidad un sinnúmero de elementos radioactivos
  O radioisótopos tienen importantes usos médicos, agrícolas e industriales”

        FISIÓN NUCLEAR                                                    FUSIÓN NUCLEAR
Desdoblamiento de un Núcleo pesado                                   Combinación de núcleos Ligeros
En otros más ligeros.                                                Para producir uno mas pesado.




• En ambos procesos se liberan grandes cantidades de energía
• Estos procesos podrían satisfacer nuestras necesidades energéticas
futuras.
• La investigación actual se orienta a superar los problemas tecnológicos asociados al uso
  seguro y eficiente de los reactores de fisión nuclear y al desarrollo de reactores de fusión
  controlada.
Partículas elementales.




                Partículas Elementales
Partículas elementales.




                          12 PARTÍCULAS ELEMENTALES


                                 4 Tipos de FUERZAS
Partículas elementales.
Partículas elementales.
                               12 PARTÍCULAS ELEMENTALES:
                                                                           6 Tipos de
    6 Tipos de Quarks
                                                                           Leptones




  QUARKS: Partículas que sienten la fuerza nuclear fuerte. La teoría de los Quarks fue
 elaborada en 1963 por los físicos Murray Gell-Mann y Yuval Ne'eman. Experimentos
 realizados en los laboratorios de Fermilab (en EEUU) y CERN (en Ginebra) comenzaron a dar
 evidencia experimental sobre su existencia. (tienen color:rojo,azul,verde)


BARIONES : Combinaciones                                         MESONES : Combinaciones
 de tres tipos de Quarks                                           de1 Quarks y un Anti
                                                                         quark.
Partículas elementales.
                                           12 PARTÍCULAS ELEMENTALES:                            6 Tipos de
      6 Tipos de Quarks
                                                                                                 Leptones
    LEPTÓN: son partículas muy ligeras que siempre interactúan por medio de la fuerza nuclear
   débil y si tienen carga también sienten la interacción electromagnética, pero nunca sienten la
   interacción nuclear fuerte. Ejemplos de los leptones son: el electrón, el muon, el tau y el
   neutrino.
    ELECTRÓN: Descubierto en           MUON : son esencialmente        TAUÓN : son esencialmente
   1897 por el físico inglés J. J.            electrones, pero de masa mucho        electrones, pero de masa mucho
   Thomson (1856 - 1940). Los                  mayor(200 veces). Los leptones       mayor. Los leptones cargados son
   electrones son partícula con carga          cargados son todos negativos.                todos negativos.
   eléctrica negativa que dan origen                        [μ]                                   [Ʈ]
   a la electricidad cuando fluyen en
   un conductor [e- ]


NEUTRINO: Significa el 'neutro pequeñito', lo cual era justamente lo que el
físico Enrico Fermi quería denotar. Un neutrino es una partícula de masa nula
(o muy cercana a nula) que no tiene carga y no siente la fuerza nuclear fuerte.
Fue propuesto por Wolfgang Pauli en 1930 y descubierto en 1956 por Fred
Reines y Clyde Cowan. En el universo hay muchos neutrinos (250 en cada
centímetro cuadrado del cosmos), pero como éstos no sienten la fuerza nuclear
fuerte ni la fuerza electromagnética, es muy difícil detectarlos. En el tiempo
que usted demora en leer esta frase, millones de neutrinos han atravesado su
cuerpo a la velocidad de la luz. Estas partículas pueden constituir gran parte de
la materia oscura del universo. [𝛄 𝐞 ],[𝛄 𝛍 ], [𝛄 𝛕 ]
Partículas elementales.
                                 4 Tipos de FUERZAS


   Nuclear Fuerte          Nuclear Débil            Gravedad         Electromagnética



                                  Partículas Portadoras
                                   Asociadas(Bosones)


   Gluon:(tienen              BOSONES             GRAVITÓN: No        FOTÓN: Incluye
   color como los           VECTORIALES:        detectado ,es una      rayos X, rayos
 quarks y existen 8)      MASIVOS: W + , W -     partícula teórica   gamma , ondas de
                              , Z 0 , Higgs                              radio, etc.

                            Bosón de Higgs
Partículas elementales.




                          Bosón
                           de
                          Higgs
Partículas elementales.
¿QUE ES UN BOSÓN DE HIGGS?
Es un tipo de partícula elemental que se cree tiene un papel fundamental en el mecanismo por el que se
origina la masa en el Universo. La confirmación o refutación de su existencia es uno de los objetivos del
Gran Colisionador de Hadrones (LHC, por sus siglas en inglés), el mayor y más potente acelerador de
partículas del mundo que opera el Laboratorio Europeo de Física de Partículas (CERN) en la frontera franco-
suiza, cerca de Ginebra.
¿POR QUE ES TAN IMPORTANTE EL BOSÓN DE HIGGS?

 El modelo estándar describe perfectamente las partículas elementales y sus interacciones, pero queda una
parte importante por confirmar, precisamente la que da respuesta al origen de la masa. Sin masa, el
Universo sería un lugar muy diferente. Si el electrón no tuviera masa no habría átomos, con lo cual no
existiría la materia nada.
Para explicar esta teoría, varios físicos, entre ellos el británico Peter Higgs, postularon en los años 60 del
siglo XX un mecanismo que se conoce como el campo de Higgs. Al igual que el fotón es el componente
fundamental del campo electromagnético y dela luz, el campo de Higgs requiere la existencia de una
partícula que lo componga, que los físicos llaman bosón de Higgs, que da origen a la masa.

¿CÓMO FUNCIONA EL CAMPO DE HIGGS?

El campo de Higgs sería una especie de continuo que se extiende por todo el espacio, formado
por un incontable número de bosones de Higgs. La masa de las partículas estaría causada por
una «fricción» con el campo de Higgs, por lo que las partículas que tienen una fricción mayor
con este campo tienen una masa mayor.
NÚCLEO ATÓMICO(Partículas Elementales)
Fusión y fisión nuclear
INTRODUCCIÓN
El Núcleo Atómico
NÚCLEO ATÓMICO.
El núcleo atómico

                                           • Los átomos están formados por el núcleo y la
                                             corteza.
                                           • En el núcleo se encuentran los protones y
                                             neutrones.
                                           • En la corteza se encuentran los electrones.




  La coexistencia de protones y neutrones en el núcleo atómico es debido a un proceso de
   neutralización de las cargas internas de unos y otros. Neutrones y protones son partículas
  Compuestas y las caracterizaremos a continuación
NÚCLEO ATÓMICO(El Neutrón)
El núcleo atómico
Neutrón :Es una partícula subatómica sin carga neta, presente en el núcleo atómico de
prácticamente todos los átomos, excepto el protio. Aunque se dice que el neutrón no tiene
carga, en realidad está compuesto por tres partículas fundamentales cargadas
llamadas quarks, cuyas cargas sumadas son cero. Por tanto, el neutrón es un barión neutro
compuesto por dos quarks de tipo abajo, y un quark de tipo arriba.
   Propiedades                                                                Propiedades
 Composición     Quark:1up,2                                               Teorizada          Quark:1up,2do
                 down                                                                         down

 Grupo           Hadrón                                                    Descubierta        James
                                                                                              Chadwick 1932

 Antipartícula   Antineutrón
                                                                           Dipolo eléctrico   Antineutrón


 Masa            1,674 927 29
                 (28)×10−27kg                                              Carga Eléctrica    0




Fuera del núcleo atómico, los neutrones son inestables, teniendo una vida media de 15 minutos
(885,7 ± 0,8 s); cada neutrón libre se descompone en un electrón , un antineutrino y un protón .
Su masa es muy similar a la del protón, aunque ligeramente mayor.
NÚCLEO ATÓMICO (Propiedades del Neutrón)
El núcleo atómico

                                                                FISIÓN NUCLEAR: El proceso fundamental
                                                                que conduce a la producción de energía
                            • Masa 1,00137 >m protón
                                                                nuclear      es    la   fisión   de     un
                            • Protón + neutrón=Nucleón
                            • Masa 1 838,4 veces > m electrón
                                                                núcleo de uranio originado por un
                            • Partícula eléctricamente Neutra   neutrón: en la fisión el núcleo se escinde
                                                                en dos partes y alrededor de tres
                                                                neutrones por término medio (neutrones
                                                                rápidos); los fragmentos resultantes de la
                                                                escisión emiten, además otros neutrones.
                                                                Los neutrones son fundamentales en las
                                                                reacciones nucleares: una reacción en
                                                                cadena se produce cuando un neutrón
                                                                causa la fisión de un átomo fisible,
                                                                produciéndose un mayor número de
                                                                neutrones que causan a su vez otras
                                                                fisiones. Según esta reacción se produzca
                                                                de forma controlada o incontrolada se
                                                                tiene lo siguiente:
               *En el núcleo el número de neutrones es          Reacción incontrolada: sólo se produce
               constante.                                       cuando se tiene una cantidad suficiente
               * Fuera del Núcleo se desintegra con             de combustible nuclear -masa crítica-;
               una vida media de 1000 s , liberando un          fundamento de la bomba nuclear.
               protón, un electrón y un neutrino.               Reacción controlada: mediante el uso de
                                                                un moderador en el reactor nuclear;
                                                                fundamento del aprovechamiento de la
                                                                energía nuclear.
El núcleoATÓMICO(El Protón)
NÚCLEO atómico

                                                               • Masa 1,836>m electrón
                                                               • Carga= +1,6 × 10-19 C
                                                               • Vida media=1035 años
                                                               • 2 quarks up,1 quark down
                                                               • Teorizada por William Proust (1815)
                                                               • Descubierta por Ernest Rutherford (1919)




                                                   *El número de protones en el núcleo determina las
                                                   propiedades químicas del átomo
                                                   *Los protones se repelen entre sí, pero están
                                                   agrupados por la acción de la fuerza nuclear, que a
                                                   ciertas distancias es superior a la acción de las fuerzas
                                                   electromagnéticas
                                                   *Cuando el átomo es grande como el de uranio, la
                                                   repulsión electromagnética puede desintegrarlo.



                        •     Partículas compuestas por 3 quarks de spin ½.
                        •     Los quarks están unidos por una fuerza nuclear fuerte mediada por
                              Gluones.
                        •     m quarks=5%masa del protón.
                        •     95%m protón= mar de Gluones+ pares de quarks- Anti quarks
Núcleo Atómico.
El núcleo atómico




NÚCLIDO: Este término se utiliza para referirse a las diferentes formas atómicas de todos los
elementos
ISÓTOPO: Son los átomos que tienen el mismo número atómico, pero distinto número másico..
El símbolo de un Núclido para un elemento es 𝐀 𝐗 ,Donde A es el numero másico Z el número
                                              𝐙
atómico y X el símbolo del elemento . Por ejemplo para el uranio 235 su símbolo será: 𝟐𝟑𝟓 𝐔
                                                                                       𝟗𝟎


Los Isótopos son los átomos que tienen el mismo número atómico y diferente numero másico,
por ejemplo 𝟏 𝑯 𝟐 𝑯 𝟑 𝑯
             𝟏    𝟏    𝟏
INTRODUCCIÓN
El núcleo atómico

La masa de un átomo es tan pequeña que para medirla no se utiliza el gramo ,sino la unidad de
masa atómica (u.m.a),definida como la doceava parte de la masa de un átomo de carbono 12 ( 𝟏𝟐 𝑪
                                                                                              𝟔


  1u= 1,6605*10-27 𝑲𝒈
INTRODUCCIÓN
FUERZA NUCLEAR


  EL núcleo de los átomos esta formado por los protones cargados positivamente y los
neutrones que no están cargados. Las fuerzas repulsivas entre las cargas de los protones harían
que el núcleo fuera inestable. Esto no ocurre porque la fuerza eléctrica se equilibra con la
fuerza nuclear que definimos a continuación.

• Es de corto alcance, su radio de acción es de unos 10-15 m.
  Esta longitud también es conocida Como femtómetro o
  fermi.

• Es atractiva y no depende de la carga. Se ejerce entre
  protones-protones , protones-neutrones, Neutrones-
  neutrones. A distancias mayores que la del núcleo se hace
  repulsiva.

• Su intensidad es muy elevada,100 veces mayor que la
  fuerza electromagnética.
ENERGÍA DE ENLACE.




• La masa de cualquier núcleo siempre es inferior a la suma de las masas de los nucleones que lo
Forman . La diferencia entre los dos números se conoce como defecto de masa(Δm).
• El equivalente en energía del defecto de masa, que se libera cuando se forma el núcleo , recibe
el nombre de energía de enlace, que se define como:
• La energía de enlace de un núcleo es la energía liberada en la formación de este a partir de los
Nucleones libres, o la necesaria para disgregar un núcleo y separar sus nucleones.

• Si se divide la energía de enlace de un núcleo por el número de nucleones que lo forman
Obtenemos la energía de enlace por nucleón.
• Esta ultima esta relacionada con la estabilidad de los núcleos. Un núcleo será mas estable
mientras mayor sea la energía que haga falta comunicarle para que los nucleones dejen de estar
ligados entre sí. Esta energía coincide con la energía que se libero cuando se forma el núcleo a
partir de nucleones libres.
INTRODUCCIÓN
ESTABILIDAD NUCLEAR.

                                             • En esta gráfica representamos el número
                                               de neutrones N vs numero de protones Z.
                                             • La banda de estabilidad nuclear para
                                               elementos de numero atómico < 20 esta
                                               en la bisectriz porque N=Z.
                                             • Para elementos con numero atómico
                                               >20 la banda de estabilidad se va por
                                               encima de la bisectriz de forma
                                               escalonada, porque los núclidos tienen
                                               mayor numero de neutrones que de
                                               protones. En este caso el exceso de
                                               neutrones evita las fuerzas repulsivas
                                               entre protones.
                                             • La mayoría de núclidos radioactivos está
                                               fuera de la banda de estabilidad.




           http://lectureonline.cl.msu.edu/~mmp/kap30/Nuclear/nuc.htm
Defecto de masa(Δm)
INTRODUCCIÓN


Experimentalmente podemos observar que la masa de un núcleo obtenida de forma
experimental, es siempre menor a la suma de las masas de sus partículas constituyentes.
Aunque conocemos que el defecto de masa es un fenómeno que tiene origen nuclear no tiene
nada que ver con los electrones, las tablas de masa de isótopos los incluyen por eso los
incluiremos nosotros.

                       Δm=Σm 𝒑+ , 𝒆− , 𝒏 𝟎 -masa real del átomo

 La masa de un núcleo es menor que la de sus nucleones libres, esto nos indica que el núcleo es
 mas estable que sus partículas libres.
    ¿Qué ha ocurrido con la masa que representa este defecto?¿Donde fue a parar?

                                    Teoría de la relatividad
                                       E=m*c2
1905
                                                • Materia y energía son equivalentes.
                                                • La materia puede transformarse en energía
                                                • La energía puede transformarse en materia.
Transformación de materia en energía                Transformación de energía en materia




         1939
Fisión nuclear controlada          La transformación de energía en materia no se ha
                                   conseguido a gran escala.
INTRODUCCIÓN
 ENERGÍA DE ENLACE.


  E=m*c2          Donde:          • E=energía liberada.
                                  • m=Masa de materia transformada en energía.
                                  • c=velocidad de la luz en el vacío[2,997925*108 m/s]

Para realizar el cálculo de la energía de enlace de un núcleo Eb , será necesario tener en cuenta
el defecto de masa que antes habíamos definido como:
                                Δm=Σm 𝒑+ , 𝒆− , 𝒏 𝟎 -masa real del átomo


                                      Eb= Δm*c2           Energía de enlace de un núcleo


  Si la energía antes obtenida la dividimos por el número de nucleones(numero másico A)
  Obtenemos la energía media de enlace por nucleón:

                                             𝐄𝐛
                                             𝐀
                                                    𝐄
 Se define la energía media de enlace por nucleón 𝐀𝐛 como la energía que se libera al añadir a un
 núcleo uno de sus nucleones constituyentes .
 Esta energía es la medida objetiva de la estabilidad energética de un núcleo.
INTRODUCCIÓN
ENERGÍA DE ENLACE.
                                                    • Se ha representado la energía de
                                                       enlace por nucleón frente al numero
                                                       másico A observamos lo siguiente:
                                                    • Las energías de enlace por nucleón
                                                       aumentan rápidamente con el
                                                       aumento del numero másico(zona 1).
                                                    • El valor máximo se observa para un
                                                       numero      másico     de    56,    que
                                                       corresponde con el núcleo 𝟓𝟔 𝐅𝐞, que
                                                                                     𝟐𝟔
                                                       es el más estable de la naturaleza.
                                                    • Los núcleos más estables(Zona2) están
                                                       comprendidos entre A=40 y A=80,pues
                                                       a ellos corresponden los valores mas
                                                       altos de energías. Se necesitarían
                                                       grandes cantidades de energías para
                                                       separar esos núcleos en sus en sus
                                                       neutrones y protones constituyentes.
    Aunque los núcleos antes mencionados sean los mas estables, todos los núcleos son estables
frente a su completa descomposición en protones y neutrones , porque todos (excepto 𝟏 𝑯)
tienen defecto de masa. En otras palabras el equivalente en energía del Δm está presente en
todos los núcleos(excepto 𝟏 𝑯) energía Que debe ser superada para separar cada núcleo en sus
nucleones constituyentes.
INTRODUCCIÓN
ENERGÍA DE ENLACE.
                     • Zona 3: Podemos observar que con un
                     aumento del numero másico por encima
                     de 110 hay una disminución de la energía
                     de enlace hasta 7,.. MeV y A=235
                     correspondiente con el uranio.
                     Esta zona de baja energía y alta masa
                     tendrá una tendencia natural a perder ma
                     sa y ganar energía para llegar a la zona de
                     estabilidad (fisión).
INTRODUCCIÓN RADIOACTIVA
DESINTEGRACIÓN


                               Descubre la radiactividad: Observa experimentalmente como
                           una sal de uranio dejaba grabada una imagen en papel fotográfico
1896

                           Radiactividad: Desintegración espontánea de núcleos pesados
                           Inestables.

                                La radiactividad es una propiedad característica del núcleo,
                           si una sustancia radiactiva reacciona químicamente con otra, la
                           radiactividad permanece.



                                 Desintegración
                                    Radiactiva


        Radiación α                Radiación β                 Radiaciónγ
                                                              (Ondas electromagnéticas de
         (Núcleos de He)                  (e-)                      alta frecuencia)
DESINTEGRACIÓN RADIOACTIVA
INTRODUCCIÓN
INTRODUCCIÓN RADIOACTIVA
 DESINTEGRACIÓN


Desintegración α: Se presenta en los núcleos de elementos con un número atómico muy grande.

Desintegración β: Es propia de núcleos que tienen muchos nucleones . El electrón emitido no
está en el interior del núcleo sino que se origina de la siguiente forma:

                             𝒏 𝟎 → 𝒑+ + 𝒆− + 𝒗
Desintegración γ: Un núcleo excitado pasa al estado fundamental emitiendo radiación electro_
magnética.

nota: Al igual que ocurre en la corteza atómica con los electrones ,los protones y neutrones
se encuentran en los núcleos en determinados niveles energéticos, cuando están en otros
niveles de mayor energía se dice que el núcleo está excitado. Un núcleo vuelve a su estado
fundamental emitiendo energía en forma de onda electromagnética, igual a la diferencia
de energía existente entre un nivel y otro.


Las desintegraciones anteriores y las reacciones nucleares se escriben en forma de ecuación
química. Ejemplo: La desintegración de uranio 𝟐𝟑𝟖 𝐔 cuando emite una partícula α:
                                                 𝟗𝟐

                                   𝟐𝟑𝟖        𝟐𝟑𝟒          𝟒
                                    𝟗𝟐   𝐔→    𝟗𝟎   𝐓𝐡 +   𝟐   𝐇𝐞
INTRODUCCIÓN
En una reacción nuclear se cumple lo siguiente:

• El número de nucleones se conserva: La suma de los superíndices de los núcleos situados a la
  izquierda de la flecha debe ser igual a la suma de los que se encuentran a la izquierda.

• La carga se conserva: El subíndice de la representación simbólica de un núcleo indica su
  carga por tanto la suma de los subíndices de la izquierda debe ser igual a la suma de los de
  la derecha.

• También se conservan la masa ,energía y cantidad de movimiento.


Ejemplo: En la siguiente desintegración:

                                     𝟐𝟑𝟖        𝟐𝟑𝟒          𝟒
                                      𝟗𝟐   𝐔→    𝟗𝟎   𝐓𝐡 +   𝟐   𝐇𝐞


• Se conservan los nucleones: 238=234+4

• Se conserva la carga: 92=90+2
INTRODUCCIÓN
Leyes de Soddy


Cuando un núcleo radiactivo se desintegra ,emite radiaciones alfa, beta y gamma y se convierte
en otro núcleo diferente del original .Las leyes de Soddy o del desplazamiento radiactivo permiten
deducir el núcleo formado.




                      • Desintegración α:

                      • Desintegración β:

                       • Desintegración γ:
INTRODUCCIÓN Desintegración α:
Leyes de Soddy
INTRODUCCIÓN
Leyes de Soddy Desintegración β:
INTRODUCCIÓN Desintegración γ:
Leyes de Soddy
INTRODUCCIÓNDesintegración y Semivida.
Velocidades de


    • Los radionúclidos tienen estabilidades diferentes y se desintegran a velocidades
      diferentes.
    • Algunos de desintegran casi completamente en una fracción de segundo y otros
      después de millones de años.
    • Las velocidades de todas las desintegraciones radiactivas son independientes de la
      temperatura y siguen una cinética de primer orden.



Donde                                    Si designamos una variable N como el numero de
 A :es la cantidad de                    desintegraciones por unidad de tiempo obtenemos:
radionúclido de interés en la
desintegración.
a     :es    el    coeficiente
                                         El tiempo de vida medio o semivida: es el tiempo
estequiométrico              en
                                         necesario para que reaccione la mitad de la
desintegraciones radiactivas es
                                         muestra original.
siempre igual a la unidad
                                         Para una cinética de primer orden:
porque cada átomo se
desintegra      de       forma
independiente.
INTRODUCCIÓNDesintegración y Semivida.
Velocidades de
INTRODUCCIÓN
Familias Radiactivas.
Familias Radiactivas.
INTRODUCCIÓN
Uso de los radionúclidos
INTRODUCCIÓN




 Datación radioactiva       Usos Médicos        Usos Agrícolas          Usos Industriales

                                                                   • Trazadores radiactivos
Técnica del 14C  (solo se
usa para datación de                                               • Determinación de la
objetos de menos de                                                Precisión en la fabricación
50 000 años
                            • Radiación de Cobalto
                             (tratamiento de tumores)
Transmutación Artificial    • Trazadores radiactivos
De nuevos elementos                                     Rayos γ


                                                • Conservación de alimentos

                                                • Sustitutivo del DDT
INTRODUCCIÓN
 Uso de los radionúclidos
INTRODUCCIÓN
Uso de los radionúclidos
Familias Radiactivas.
INTRODUCCIÓN
Uso de los radionúclidos
INTRODUCCIÓN
Reacciones Nucleares.
INTRODUCCIÓN
Reacciones Nucleares.
Reacciones Nucleares.
INTRODUCCIÓN
INTRODUCCIÓN
Fisión nuclear
INTRODUCCIÓN
Fusión Nuclear.
FISIÓN NUCLEAR
INTRODUCCIÓN
Evolución Histórica.


• El desarrollo de la Física Nuclear ocurrió con mucha velocidad en la década
de 1930.
• James Chadwick 1932: descubrimiento del neutrón

•    Se estudian los efectos de la exposición de varios núcleos a los neutrones.
    Enrico Fermi y colaboradores ( Italia)
    (Fermi 1938 Nobel descubrimiento de la emisión β)
•    A continuación se hizo uso de esta técnica para aumentar el numero atómico y
     producir elementos transuránicos.
• Hahn (Premio Nobel de química en 1944) y Strassmann advirtieron la existencia de la
  fisión inducida por neutrones, una reacción exoenergética que, al existir la posibilidad
  de reacción en cadena, se convirtió en una reacción que tiene aplicaciones practicas
  como fuente de energía y que posibilito la realización de reactores de fisión.
• Cuando a principios de 1939 se verifico que se emitían neutrones en el proceso de fisión, y
  que al parecer eran suficientes como para mantener una reacción en cadena en una “pila”
  de uranio y gr´afito1. Este trabajo fue liderado por Fermi, que se traslado a los Estados
  Unidos, y culmino en el desarrollo del primer reactor nuclear operativo, el 2 de Diciembre de
  1942, en Chicago.
INTRODUCCIÓN
Evolución Histórica.


• Debido al momento en el produjo el desarrollo de la fisión nuclear los primeros objetivos
  fueron de carácter bélico, como la producción de plutonio-239 (239Pu), que era considerado
  un material apropiado para una bomba de fisión.

• El primer uso de reactores nucleares para producción de energía fue desarrollado por la U.S.
  Navy para sus flotas de submarinos en 1953.
• EL primer reactor “civil” se construyo en Shippingport, Pennsylvania y se puso en
  funcionamiento en 1957. Tenía una capacidad inferior a 100MW y era un reactor de agua
  ligera.
• A partir de este momento se produjo un rápido crecimiento en el numero de reactores
  operativos, en 1960 ya se encontraban en funcionamiento 14 reactores en los Estados
  Unidos.
• En noviembre de 2003 estaban operativos 440 reactores nucleares para la producción
  eléctrica, con una capacidad total de 360 GWe.
Fisión nuclear




   Cuando un núcleo se fisiona se divide en varios fragmentos más pequeños. Estos
   fragmentos, o los productos de la fisión, son aproximadamente la mitad de la masa
   original. Dos o tres neutrones también se emiten. La suma de las masas de estos
   fragmentos es menor que la masa original. Esta masa ' que falta ' (cerca de 0,1 por ciento
   de la masa original) se ha convertido en energía según la ecuación de Einstein. La fisión
   puede ocurrir cuando un núcleo de un átomo pesado captura un neutrón, o puede
   suceder espontáneamente.
Fisión nuclear Reacción en cadena:




    Una reacción en cadena se refiere a un proceso en el cual los neutrones liberados en
    una fisión producen una fisión adicional en por lo menos un núcleo más. Este núcleo
    nuevamente produce neutrones y la repetición del proceso. El proceso puede ser
    controlado (energía atómica) o incontrolado (las armas nucleares). Si cada neutrón
    produce dos más neutrones, entonces el número de fisiones se dobla cada generación.
    En ese caso, en 10 generaciones hay 1024 fisiones y en 80 generaciones cerca de 6 x 10
    23 fisiones (un mol).
Fisión nuclear controlada.




     Para mantener una reacción controlada mantenida, por cada 2 o 3 neutrones
     producidos, solamente uno se debe permitir chocar con otro núcleo de uranio. Si esta
     relación de transformación es menor de uno entonces la reacción morirá; si es mayor
     de uno crecerá incontroladamente (una explosión atómica). Las reacciones nucleares
     se controlan por un material absorbente de neutrones, tal como grafito.
Uranio y Plutonio.




                                           Uranio Mineral
 Los científicos sabían que el isótopo más común, uranio 238, no era conveniente para un
 arma nuclear. Hay una probabilidad bastante alta de que un neutrón incidente sea capturado
 para formar uranio 239 en vez de causar una fisión. Sin embargo, el uranio 235 tiene una alta
 probabilidad de fisión. Del uranio natural, solamente 0,7% es uranio 235. Esto significó que se
 necesitaba una gran cantidad de uranio para obtener las cantidades necesarias del uranio
 235. Además, el uranio 235 no se puede separar químicamente del uranio 238, puesto que los
 isótopos son químicamente similares. Hubo que desarrollar métodos alternativos para separar
 los isótopos. Éste fue otro problema que los científicos del proyecto Manhattan tuvieron que
 solucionar antes de que la bomba pudo construirse. La investigación también había predicho
 que el plutonio 239 tendría una alta probabilidad de fisión. Sin embargo, el plutonio 239 no es
 un elemento que exista naturalmente y tendría que ser fabricado. Los reactores
Energía obtenida por la fisión de un núcleo.


                           𝟐𝟑𝟓
                            𝟗𝟐   𝐔 + 𝐧 𝟎 → 𝐅𝐢𝐬𝐢ó𝐧 + 𝟑 𝐧 𝟎 + 𝟐𝟎𝟎𝐌𝐞𝐕


 • 165 MeV        Energía Cinética de los Productos de Fisión.

 • 7     MeV      Rayos Gamma.

 • 6     MeV      Rayos Gamma emitidos por los productos de fisión.

 • 6     MeV      Energía de los Productos de Fisión.

 • 9     MeV      Antineutrinos.

 • 200 MeV        Total




                                      1MeV =1609 * 𝟏𝟎−𝟏𝟑 𝑱𝒐𝒖𝒍𝒆𝒔.
Mecanismo Físico y reacciones de Fisión.


 La fisión tiene resultado en principio por la competencia entre las fuerzas coulombianas y
 nucleares en los núcleos pesados. La energía de ligadura debida a la fuerza nuclear crece
 aproximadamente en proporción a A , mientras que la fuerza de repulsión coulombiana
 entre los protones crece mas rápido, como 𝐙 𝟐 . Si pensamos en los núcleos pesados vemos
 que estos se encuentran muy cerca del extremo de la barrera de potencial, el potencial
 coulombiano es entonces muy fino y fácil de atravesar. La fisión ocurre entonces de forma
 espontánea . Veamos un ejemplo:

                                       𝟐𝟑𝟖
                                        𝟗𝟐   𝐔 + 𝐧 𝟎 → 𝟐 𝟏𝟏𝟗 𝐏𝐚
                                                          𝟒𝟔



 En este caso el núcleo de uranio se escinde en dos núcleos que tendrán aproximadamente la
 mitad del numero másico. Como la energía por nucleón de uranio es aproximadamente de
 7.6 MeV y la energía por nucleón del paladio es de 8.5 MeV, hacemos un balance energético:


                        ∆𝐄 = 𝐄 𝐢𝐧𝐢𝐜𝐢𝐚𝐥 − 𝐄 𝐟𝐢𝐧𝐚𝐥 ≅ 𝟐𝟑𝟖 𝟖, 𝟓 − 𝟕, 𝟔 = 𝟐𝟏𝟒 𝐌𝐞𝐕
   La reacción es exotérmica, deprendiéndose 214 MeV, que aparece en su mayoría (80 %)en
   forma de energía cinética de los fragmentos desprendidos. El hecho de que le
   desintegración por fisión sea posible no quiere decir sea probable; en el caso del 𝟐𝟑𝟖 𝐔 es
                                                                                       𝟗𝟐
   mucho más probable una desintegración α.
Mecanismo Físico y reacciones de Fisión.


                    𝟐𝟑𝟖         𝟗𝟎          𝟏𝟒𝟓
                     𝟗𝟐   𝐔→    𝟑𝟓   𝐁𝐫 +    𝟑𝟓   𝑳𝒂 + 𝟑𝒏       𝑲𝒇 = 𝟑 ∗ 𝟏𝟎−𝟐𝟒 𝒔−𝟏


                          𝟐𝟑𝟖         𝟐𝟑𝟒
                           𝟗𝟐   𝐔→     𝟗𝟎   𝐓𝐡 +∝               𝐊 ∝= 𝟓 ∗ 𝟏𝟎−𝟏𝟖 𝒔−𝟏

 La fisión espontanea representa por tanto una fracción 6 × 10−7 de los casos.
 La fisión no se convierte en un proceso de desintegración significativo hasta que trabajamos
 con núcleos de masa superior a 250 u.m.a. En la figura 1 podemos observar como para los
 elementos de masa cercana a la del uranio el balance energético es positivo al fisionarse en
 dos elementos cuya masa sea aproximadamente la mitad.

                                                   Como ya hemos visto en el ejemplo y en la grafica 1
                                                   la fisión espontanea es posible pero poco probable.
                                                   Si deseamos qué esta tenga lugar debemos de
                                                   activar la fisión, bombardeando el núcleo pesado
                                                   con neutrones térmicos, que son neutrones con una
                                                   energía cercana a 0.025 eV (el equivalente de kT
                                                   para la temperatura ambiente). La reacción típica es:

                                                                  𝟐𝟑𝟓        𝟗𝟑          𝟏𝟒𝟏
                                                             𝒏+    𝟗𝟐   𝐔→   𝟑𝟕   𝐑𝐛 +    𝟓𝟓   𝑪𝒔 + 𝟐𝒏
Mecanismo Físico y reacciones de Fisión.




  Se da la circunstancia de que el 236U que se forma tras la captura electrónica tiene una
  energía de excitación; Eexc = 6, 5MeV , que es superior a la energía de excitación necesaria
  para superar la barrera de fisión, que es de Ef = 6, 2MeV . En la figura2 observamos la
  variación de la energía de fisión con el numero másico y podemos ver que para núcleos con
  A 300 se convierte en el efecto dominante.
Reacciones de Fisión Controlada.


Consideremos una cantidad grande de uranio, que de momento asumiremos tiene la
composición normal (0,72% 235U, 99,28% 238U). Un proceso aislado de fisión producirá, en
promedio, 2.5 neutrones. Cada uno de estos neutrones de segunda generación será capaz de
producir otra fisión que seguirá produciendo neutrones y así sucesivamente. Cada una de estas
reacciones desprende aproximadamente 250MeV. Definiremos el factor de reproducción de
neutrones k1, este factor da el numero de neutrones térmicos pasan de una reacción a la otra.
Para que una reacción en cadena tenga continuidad es necesario que k1 >=1. Aunque que
tenemos una media de 2.5 neutrones emitidos por fisión, son neutrones rápidos, para los que
sabemos que la sección eficaz es pequeña. Es por tanto ventajoso moderar la velocidad de estos
hasta llegar a la velocidad térmica. En este proceso de frenado los 2.5 neutrones emitidos
pueden llegar a ser menos que uno. La mejor forma de frenar los neutrones con conexiones
elásticas con núcleos ligeros, a los cuales los neutrones transfieren mucha energía. La elección
más popular como moderador es carbón en forma de bloques de grafito. Una estructura de
bloques de uranio alternado con bloques de grafito es lo que se llama pila 4. Esta pila tendrá
tres estados posibles:

•   𝐾∞ = 1, 𝑀𝑎𝑠𝑎 𝑐𝑟í𝑡𝑖𝑐𝑎 𝑟𝑒𝑎𝑐𝑐𝑖ó𝑛 𝑒𝑛 𝑐𝑎𝑑𝑒𝑛𝑎 .
•   𝐾∞ <1 , masa Subcrítica (se apaga la reacción).
•   𝐾∞ >1, Masa Supercrítica(Explosión nuclear)
ARMAMENTO DE FISIÓN
     NUCLEAR
LA BOMBA ATÓMICA
Bomba atómica.


Por "fisión" o división, es como se produjo la Bomba Atómica, de uranio que estalló en
Hiroshima en 1945: Se produce bombardeando el núcleo con electrones en el "ciclotrón",
produciendo la división del núcleo, con la consiguiente desintegración del átomo, y la "reacción
en cadena" la cual si no es controlada se produce una bomba atómica que produce la
desintegración de los átomos vecinos casi instantáneamente pueden estallar trillones de átomos
bombardeados por los neutrones liberados en las explosiones de sus respectivos vecinos.
                                  CICLOTRÓN: Acelerador de partículas o quebrador de
                                  núcleos. Consiste en dos electrodos huecos en forma de D,
                                  evacuados Entre dos polos de un electroimán.




Aunque muchos de los detalles de la construcción de explosivos de fisión son secretos,
basándonos en las dimensiones físicas conocidas podemos estimar que el material fisible ocupa
una esfera de unos 10cm de diámetro y tiene por tanto una masa de unos 10Kg.
Esencialmente, el diseño de esta bomba consistió
                                              en un cañón que encendió una masa del uranio
                                              235 en otra masa del uranio 235, creando así una
                                              masa supercrítica. Un requisito crucial era que los
                                              pedazos sean reunidos en un tiempo más corto
                                              que el tiempo entre fisiones espontáneas. Una vez
Bomba tipo Little Boy (Hiroshima)             que los dos pedazos de uranio se reúnan, el
                                              iniciador introduce una explosión de neutrones y la
                                              reacción en cadena comienza, continuando hasta
                                              que la energía entregada llega a ser tan grande que
                                              la bomba simplemente explota. .




                                              Los efectos de una explosión son de
                                              varias categorías:
                                              • La explosión en sí.
                                              • La radiación en forma de calor (bola
                                                 de fuego).
                                              • La radiación nuclear directa.
Bomba tipo implosión Posterior a la II G.M.
                                              • La radiación nuclear indirecta.
Bomba atómica.


EXPLOSIÓN: La explosión directa de una arma nuclear puede considerarse como un frente de
onda esférico que se expande rapidamente transportando un súbito incremento y descenso
inmediatamente posterior de la presión de aire. La densidad de energía de esta onda esférica
                1
decrece como 𝑟 2, pero incluso a la distancia de un kilometro de una explosión de 20 kilotones,
el incremento en la presión es del orden de una atmósfera, suficiente como para destruir
edificios de ladrillos. A dos kilómetros la presión solo es de unas 0.25 atmosferas, suficiente
como para destruir edificios de madera y para lanzar escombros a unos 150 km/h.

                                                                     1
RADIACIÓN DE CALOR: La radiación de calor también decrece como 𝑟 2 por ser una onda, pero
además también decrece exponencialmente debido a la absorción de la atmosfera. A dos
kilómetros de nuestra explosión de 20 kilotones, la onda de calor (que tarda unos dos segundos
en llegar después de la explosión) es suficiente como para provocar quemaduras de tercer
grado e incendiar materiales inflamables como la madera y la ropa. Un efecto indirecto de la
gran cantidad de fuegos producidos por esta radiaciones la “tormenta de fuego”, en la que el
calor producido por los fuegos crea un viento raso que incrementa la intensidad y propagación
de los incendios. (Este efecto también se da en los bombardeos masivos con armas
convencionales)
Bomba atómica.




                                                                                          1
RADIACIÓN NUCLEAR DIRECTA: Son neutrones y que también decrecen como 𝑟 2 y
exponencialmente, y la distancia en la que se recibirían dosis letales de radiación es
aproximadamente la misma a la que se reciben daños letales por explosión o quemadura.
Incluso las dosis más pequeñas recibidas a mayores distancias pueden tener efectos a largo
plazo, que incluyen el aumento de casos de cáncer, leucemia y malformaciones.


RADIACIÓN NUCLEAR INDIRECTA: Los productos radiactivos de la fisión son vaporizados en la
explosión y caen al suelo como una lluvia radiactiva. Parte de este material puede ser
transportado, como una nube de vapor, a gran altura en la atmosfera. Esta “nube” de
radiactividad puede circular en la parte superior de la atmosfera durante un año o más y
gradualmente vuelve a caer al suelo. Algunos productos de poca vida media se desintegran
durante ese tiempo, pero otros como el isotopo 90Sr permanecen aún. Este isotopo es
especialmente peligroso porque al ser químicamente similar al calcio se concentra en los huesos
y produce cáncer óseo.
Bomba atómica.

•     Segunda Guerra Mundial(1945) la guerra en Asia y en Pacífico se caracterizó por la férrea
     defensa que tuvieron los japoneses.
•    El 5 de abril, la Unión Soviética declaró inválido el Pacto de Amistad que tenía con Japón,
     entrando en guerra con ese país, ya virtualmente vencido.
•     El 6 de agosto, la aviación estadounidense lanzó la primera bomba atómica sobre la
     ciudad japonesa de Hiroshima, destruyendo totalmente la población causando más de cien
     mil víctimas.
•    El 8 de agosto fue arrojada sobre Nagasaki otra bomba atómica, de efectos aún más
     destructores que la primera. L
•    os gobernantes japoneses, anonadados por la magnitud de tales desastres, solicitaron la
     paz el 15 de agosto.
•    El 2 de septiembre, a bordo del acorazado estadounidense Missouri, fondeado en la bahía
     de Tokio, Japón firmó su rendición incondicional.

    La bomba de Nagasaki con una potencia de 21 kilotones de dinamita generó niveles de
    explosión y calor que no pueden compararse con las producidas por las armas
    convencionales. Además del feroz viento de la explosión y el calor radiado, se liberó
    radiación. Se piensa que de toda la energía producida fueron 50% de explosión, 35% de calor
    y 15% de radiación.
Bomba atómica.




                 Tabla resumen impacto de bombas Atómicas.
Bomba atómica.                               Aparte de todos los que murieron con la
                                             explosión misma, los efectos de la bomba
                                             atómica no quedaron ahí. La caída de la bomba
                                             crea otros peligros :
                                              La lluvia que sigue a cualquier explosión
                                             atómica, está cargada de partículas radiactivas
                                             y muchos sobrevivientes a las explosiones en
                                             Hiroshima y Nagasaki, sucumbieron al
                                             envenenamiento causado por esa radiación.
                                             También se habla de lesiones oculares,
                                             problemas hepáticos, problemas epidémicos,
                                             lesiones en los aparatos genitales, etc. (Por las
                                             altas temperaturas, vientos huracanados y la
                                             cantidad de energía que poseía la bomba)

                                             Hubo mucha gente que moría años después del
                                             incidente. Gente que, según lo cerca que
                                             estaba del epicentro del desastre había
                                             quedado señalado por la radiación.

                 Caída del cabello por       Los que estaban más cerca del epicentro no
                 La exposición a la lluvia   tardaron mucho en morir, pero también es
                 radiactivo                  verdad que los más "afortunados" tuvieron que
                                             malvivir durante años, con llagas, quemaduras
                                             y demás, hasta que les llegó la hora.
                                             La detonación tiene también otro efecto letal
                                             escondido, que afecta a las generaciones
                                             futuras de todos los que la sobreviven. La
                                             leucemia está entre las mayores afecciones que
                                             son transmitidas a los descendientes de los
                                             supervivientes.
Proyectiles de Uranio empobrecido
ARMAMENTO NUCLEAR(Balas de Uranio Empobrecido)

                                                    Estreno:
                                                    *Guerra del Golfo
                                                    *En 1991
Pero a la par que tiene formidables                  *Estados Unidos                    Bala de plata: considerado el
capacidades bélicas, el uranio                                                          campeón de las municiones.
empobrecido es responsabilizado                                                         *Alta densidad.
por temibles efectos ambientales.
                                                                                        *Bajo coste.




                                                                                         Permite a un tanque disparar
  Se considera 40 por ciento
                                                                                         desde lejos con un imponente
   menos radioactivo que el
                                                                                         poder    de   penetración  y
    uranio natural, pero de
                                                                                         mantenerse fuera del fuego
  similar toxicidad química.
                                                                                         enemigo.


                               Richard Muller, profesor del Departamento de Física de la
                               Universidad de Berkeley, California: Al impactar el objetivo, el
                               uranio empobrecido no sólo no explota como en el caso del
                               tungsteno (también utilizado en proyectiles), sino que arde
                               nuevamente al atravesar el blanco e incrementa así su poder
                               destructivo..
ARMAMENTO NUCLEAR(Balas de Uranio Empobrecido)
ARMAMENTO NUCLEAR(Balas de Uranio Empobrecido)
El uranio empobrecido (o desgastado) es un subproducto del proceso de enriquecimiento al que
se somete al metal con el fin de producir combustible para reactores nucleares y componentes
de armas atómicas.
Los iraquíes culpan al metal por la infertilidad de sus tierras y el incremento en índices de
cáncer, leucemia infantil, abortos y malformaciones entre la población, mientras que los
veteranos de guerra estadounidenses consideran que es la causa del llamado Síndrome del
Golfo, una misteriosa serie de enfermedades crónicas.
”No fui advertido sobre el uranio empobrecido, ni sobre sus potenciales riesgos”, dijo a
Tierramérica Doug Rokke, doctor en física de la salud, quien asegura ser víctima del Síndrome
del Golfo, expresado en daños a su sistema respiratorio y renal, y problemas de visión.
Rokke, miembro del Comando de Medicina Preventiva de la Armada estadounidense, fue
enviado a la guerra del Golfo Pérsico en 1991 con una sola consigna: que sus tropas regresaran
con vida. Tenía la tarea de preparar a los soldados para responder a un posible ataque nuclear,
biológico y químico. Sin embargo, afirma, su propia salud resultó comprometida.
"El riesgo de exposición es por la toxicidad química y no por radiación", dijo a Tierramérica Steve
Fetter, catedrático de la estadounidense Universidad de Maryland y experto en armas nucleares
y radiológicas. Cuando el metal arde, luego de penetrar su objetivo, se producen óxidos de
uranio, poco solubles en agua o en fluidos corporales, señaló Fetter. Estos pueden permanecer
en el aire en altas concentraciones y ser inhalados por personas en el sitio del ataque. También
se mantienen en el suelo y pueden contaminar a través de la ingestión (niños jugando con tierra
o arena, por ejemplo).
ARMAMENTO NUCLEAR(Balas de Uranio Empobrecido)


Según el Pentágono (Departamento de Defensa de Estados Unidos), las fuerzas estadounidenses
dispararon durante la operación Tormenta del Desierto 320 toneladas de municiones desde sus
aviones A-10, unas 50 toneladas desde los tanques M1-Abrams y once toneladas desde tanques
y aviones AV-8, el mismo tipo de armamento presente esta vez en Iraq, sólo que con mucho
mayor poder de fuego
El uranio empobrecido fue usado en los Balcanes, en la década pasada. Un informe del
Parlamento Europeo estima que se dispararon alrededor de tres toneladas de uranio
desgastado en Bosnia y 10 toneladas en Kosovo en ataques aire-tierra.


El Pentágono reconoce que durante la guerra del Golfo, el uranio desgastado podría haber
entrado al organismo de soldados expuestos por inhalación de óxidos, ingestión del polvo o
heridas causadas por fragmentos del metal que salen disparados dado el impacto del proyectil
ARMAMENTO NUCLEAR(Balas de Uranio Empobrecido)
El Reactor de Fisión Nuclear.
El reactor en una planta de energía
                                                                           nuclear hace lo mismo que hace una
                                                                           caldera     en     una     planta    de
                                                                           combustibles fósiles - que produce
                                                                           calor. Las partes básicas de un reactor
                                                                           son el núcleo, un moderador, las
                                                                           barras de control, un refrigerante, y
                                                                           el blindaje. El núcleo de un reactor
                                                                           contiene      el    combustible      de
                                                                           uranio. Para un reactor de agua ligera
                   El Reactor de Fisión Nuclear
Las grandes plantas generadoras eléctricas que proporcionan la
                                                                           con una potencia . de 1.000
                                                                           megavatios, el núcleo podría
mayor parte de nuestra electricidad todo el trabajo en el mismo            contener alrededor de 75 toneladas
principio - son motores gigantes de vapor. Las centrales eléctricas        de       uranio     encerrados       en
utilizan el calor suministrado por un combustible para hervir agua y       aproximadamente 200 conjuntos de
producir vapor, que mueve un generador para producir                       combustible.
electricidad. Una planta de generación de combustible, ya sea que lo
es el carbón, gas, petróleo o uranio, calienta el agua y la convierte en
vapor. La presión del vapor hace girar las aspas de un ventilador
gigante de metal giratorio llamado una turbina. Eso turbina hace
girar el eje de un generador enorme. En el interior del generador,
rollos de alambre y campos magnéticos interactúan - y la electricidad
se produce.


         http://www.lapizarradeyuri.com/2010/11/14/asi-funciona-una-central-nuclear/
Los neutrones producidos por fisión está
viajando a gran velocidad, y en la mayoría de
los reactores, están deliberadamente frenado
por     un     material     conocido    como
un moderador . Neutrones lentos son mucho
más probable, cuando chocan con los núcleos
de U-235, para causar una fisión y mantener la
reacción va. Un moderador se compone de
átomos de luz y los materiales más
                El Reactor de Fisión Nuclear.
comúnmente utilizados son el carbono en
forma de grafito, y agua.
Blindaje , normalmente hecho de acero y el        Fisiones    que se
hormigón alrededor de dos metros de espesor,      producen      en    el
es una carcasa exterior que impide que la         reactor de generar
radiación se escape hacia el medio ambiente.      una          cantidad
                                                  enorme de calor. Un
Para un control más preciso de la reacción en     líquido              o
cadena, las barras de control se insertan en el   gas refrigerante lleva
núcleo del reactor. Empuja hacia adentro, que     el calor lejos del
absorben neutrones y ralentizar la reacción -     reactor a una caldera
se retiró a que permiten acelerar de nuevo. De    de vapor, donde se
este modo, la reacción en cadena se controla.     hace.
Elementos de un
                                  reactor nuclear


                El Reactor de Fisión Nuclear. Rodea al
                                         Reflector:
                       Moderador:              Blindaje: Evita fugas     núcleo y evita la
  Combustible:
                      Termalizar los               del material             perdida de
Material fisionable
                        neutrones                   radiactivo         electrones y tamaño
                                                                              crítico

                        Refrigerante: enfría        Sistema de Emergencia
                             el núcleo                    y Control
Tipo de combustible: Los combustibles más usados son el uranio natural (0,72%235U), el uranio
enriquecido ( 0,72%235U), 239Pu y 233U. Estos dos últimos combustibles se obtienen
químicamente, con convertidores o productores. El uranio enriquecido, que es el combustible
más usado para reactores generadores de energía, se produce en grandes cantidades usando
procesos que explotan la pequeña diferencia de masa entre el 235U y el 238U. Uno de estos
procesos es la difusión gaseosa; en la que se hace pasar UF6 gas a través de una barrera porosa.
El coeficiente de difusión de un gas es inversamente proporcional a la raíz cuadrada de su masa
y entonces el isotopo más ligero fluir 'a más rápido. El enriquecimiento que se obtiene al
atravesar la barrera es de un 0,4% relativo, para poder obtener uranio enriquecido hay que
                    El Reactor de Fisión Nuclear
realizar el proceso miles de veces.                                                  .


Moderador: Las características del moderador ideal son:
1. Ser barato y abundante.
2. Ser químicamente estable.
3. Tener masa cercana a uno. (Para absorber la energía máxima al colisionar con los neutrones)
4. Ser líquido o sólido. (Densidad alta)
5. Tener sección eficaz de captura neutrónica baja.

El carbón en forma de grafito satisface las condiciones 1, 2, 4 y 5, y se puede compensar el que la perdida de energía por
choque sea
relativamente pequeña aumentando la cantidad de moderador. El agua normal satisface 1, 2, 3 y
4 pero los protones del agua tienen una gran sección eficaz de absorber a los neutrones :
(n + p       d + γ ).
El agua pesada (D2O) tiene una sección eficaz pequeña para la captura electrónica, pero cuando
tiene lugar la captura se produce tritio, que es radioactivo y muy peligroso. Los reactores
moderados con agua pesada pueden usar uranio natural como combustible, los de agua común
sin embargo necesitan uranio enriquecido, porque absorben más neutrones.
Ensamblaje: Normalmente decimos que un reactor es heterogéneo cuando el moderador y el

                El Reactor de Fisión Nuclear
combustible están separados en bloques y que es homogéneo cuando se encuentran mezclados.
Los reactores homogéneos son más sencillos de analizar matemáticamente. que los
heterogéneos, donde calcular el factor de utilización térmico y la probabilidad de escape de la
resonancia es particularmente complicado.

El refrigerante: es un elemento fundamental del reactor sin el cual el calor generado podría
fundir el núcleo. En el diseño de reactores generadores de energía es de especial importancia la
capacidad del refrigerante de transferir el calor eficientemente. Los materiales refrigerantes
pueden ser gases (aire, CO2, helio) agua o otros líquidos, o incluso metales líquidos, que tienen
gran capacidad calorífica. Debido a que el vapor tiene poca capacidad calorífica cuando usamos
agua como refrigerante debemos de mantenerla a altas presiones (100 atmosferas) para que se
mantenga líquida a altas temperaturas, estos son los llamados reactores de agua a presión. Para
los reactores rápidos de producción se usa el sodio líquido como refrigerante, aunque tiene las
desventajas de ser altamente corrosivo y de que se vuelve radioactivo debido a su gran sección
eficaz de captura electrónica.
Tipos de Reactor
           El Reactor de su uso
                      Según Fisión Nuclear.




Generación de Energía    Investigación     Conversión
• Generadores de energía :son dispositivos para extraer la energía cinética de los fragmentos
  en forma de calor y transformándola en energía eléctrica, en la mayor parte de los casos
  haciendo hervir agua y llevando el vapor hasta las turbinas. Las consideraciones de diseño de
  los reactores están influidas por los factores termodinámicos de eficiencia de los dispositivos
  de calor tanto como por los factores de ingeniería nuclear. De hecho el ensamblaje del
  combustible supone una fracción pequeña de los costes del reactor, la mayor parte de los
  gastos están asociados al blindaje, el aislamiento y el equipo de generación eléctrico. Es por
  tanto más económico fabricar reactores grandes que varios reactores pequeños.

                El Reactor de Fisión Nuclear.

• Reactores de investigación: en general se utilizan para producir neutrones para la
  investigación en áreas como la física del estado sólido o la propia física nuclear. Estos
  reactores suelen trabajar a bajos niveles de energía (1 - 10MW).
• Convertidores: son reactores diseñados para convertir materiales no fisionables en otros que
  sí lo son bombardeándolos con neutrones térmicos. Las conversiones que se suelen dar son:
  238
       𝑈 → 239 𝑃𝑢 y 232 𝑇ℎ → 233 𝑈. En ambos casos la conversión implica la captura de un
  electrón seguida de dos desintegraciones β:
                                                       23 𝑚𝑖𝑛
                                 238         239                239
                            𝑛+    92   𝑈→     92   𝑈             92   𝑁𝑝 + 𝛽 − + 𝑣
                                                                                   2,3 𝑑𝑖𝑎𝑠
                                                                        239                   239
                                                                         92   𝑁𝑝               92   𝑃𝑢 + 𝛽 − + 𝑣
                                                        22 𝑚𝑖𝑛
                                232          233                 233
                           𝑛+    90   𝑇ℎ →    90   𝑇ℎ             91   𝑃𝑎 + 𝛽 − + 𝑣
                                                                                    27 𝑑𝑖𝑎𝑠

                El Reactor de Fisión Nuclear                             233
                                                                          91   𝑃𝑎              233
                                                                                                92   𝑈 + 𝛽− + 𝑣
                                                                                                             .
Los isotopos como el 238U y 232Th que pueden transformarse en material fisible con neutrones
térmicos son llamados isotopos fértiles. En principio es posible diseñar reactores en los que el
valor de sea como mínimo 2. Si uno de los neutrones va a mantener la reacción en cadena y el
otro va al material fértil, entonces tomando un 2 el reactor produce más material fisible que el
que consume y entonces diremos que es un productor.
Reactores
                     Generadores de
                        Energía

       El Reactor de Fisión Nuclear.
LRW          CANDU                    FBR          HTGBR




      ADS        BBMK                       RBMK
LWR: Light Water Reactors (Reactores de Agua Ligera): Utilizan como refrigerante y moderador el
agua. Como combustible uranio enriquecido. Los más utilizados son los BWR (Boiling Water
Reactor o Reactores de Agua en Ebullición) y los PWR (Pressure Water Reactor ´o Reactores de
Agua a Presión), estos últimos considerados en la actualidad como el estándar. (345 en
funcionamiento en el 2001)



                El Reactor de Fisión Nuclear.
CANDU: Canada Deuterium Uranium (Canadá Deuterio Uranio). Utilizan como moderador y
refrigerante agua pesada. Como Combustible utilizan uranio natural. (34 en funcionamiento en
el 2001).




                El Reactor de Fisión Nuclear.
FBR : Fast Breeder Reactors (Reactores Rápidos Realimentados): Utilizan neutrones rápidos en
lugar de térmicos para la consecución de la fisión. Como combustible utiliza plutonio y como
refrigerante sodio liquido. Este reactor no necesita moderador. (4 en funcionamiento en el
2001)




               El Reactor de Fisión Nuclear.
HTGR: High Temperatura Gas-cooled Reactor (Reactor de Alta Temperatura Refrigerado por
Gas): Usa una mezcla de torio y uranio como combustible. Como refrigerante utiliza helio y
como moderador grafito(34 en funcionamiento en el 2001)




               El Reactor de Fisión Nuclear.
RBMK: Reactor Bolshoy Moshchnosty Kanalny (Reactor de Canales de Alta Potencia): Su
principal función es la producción de plutonio, y como subproducto genera electricidad. Utiliza
grafito como moderador y agua como refrigerante, usa uranio enriquecido como combustible y
no puede recargarse en marcha. El reactor de Chernóbil era de este tipo.(14 en funcionamiento
en el 2001)


                El Reactor de Fisión Nuclear.
ADS: Accelerator Driven System (Sistema Asistido por Acelerador). Utiliza una masa Subcrítica de
torio, en la que se produce la fisión solo por la introducción, mediante aceleradores de
partículas, de neutrones en el reactor. Se encuentran en fase de experimentación, y una de sus
funciones fundamentales será la eliminación de los residuos nucleares producidos en otros
reactores de fisión.




                El Reactor de Fisión Nuclear.
Fusión Nuclear.
Las reacciones de fusión son aquellas que tiene lugar entre núcleos ligeros que se funden dando
lugar a núcleos más pesados. Ya se vio al estudiar la curva de la energía de enlace1 de los
núcleos que ´este es un proceso exoenergético. El problema es que para que la reacción tenga
lugar, los núcleos deben vencer la barrera colombiana. Las reacciones de fusión son las que
generan la energía solar (y del resto de estrellas). Se trata de otra vía para la obtención industrial
de energía por procesos nucleares. Es ventajosa respecto
de la fisión porque :
• en la Tierra abundan los núcleos ligeros.
• no se producen tantos residuos radiactivos de larga duración.
                  El Reactor de Fisión Nuclear
Pero también tiene la desventaja de que para que la reacción tenga lugar debe de disponerse de
                                                                                          .
energía para superar la barrera coulombiana. Veamos un ejemplo: Consideremos la fisión de dos
núcleos de 20Ne para formar 40Ca. En el proceso tiene una Q de unos 20.7 MeV. Pero antes de
que las fuerzas nucleares de los dos 20Ne puedan interactuar debemos colocarlos lo
suficientemente cerca como para que sus distribuciones nucleares se solapen. En el momento
en que sus superficies se tocan la repulsión coulombiana es de 21.2 MeV. Si queremos
desarrollar una reacción nuclear entre dos 20Ne debemos darles 21.2 MeV y al final
obtendremos 41.9 MeV. La ganancia es por tanto de factor dos. Acelerar un núcleo de 20Ne a
21.2 MeV contra un blanco fijo (otro 20Ne) es sencillo con un acelerador de iones pesados, pero
la gran salida de energía quemaría este tipo de dispositivos. Otra alternativa para suministrar la
energía necesaria para que se inicie la fusión es calentar un contenedor de gas neón hasta que
la energía térmica sea lo suficientemente grande para que haya gran probabilidad de que dos
núcleos choquen con 21.2 MeV.
FUSIÓN NUCLEAR
El Reactor de Fisión Nuclear.
Este proceso se denomina fusión termonuclear, para que la energía media por molécula sea
un medio de 21.2 MeV necesitamos KT = 7 MeV. Si la temperatura de una habitación es de kT
= 0.025 MeV, así que este proceso requiere multiplicar la temperatura de una habitación por 3
x 108 . A pesar de estos inconvenientes le energía de fusión es objeto de una gran cantidad de
investigación tanto para poder crear centrales de producción eléctricas operativas como para
entender los procesos que tiene lugar en el Sol y el resto de las estrellas.



               El Reactor de Fisión Nuclear.
Reacciones de Fusión Nuclear.
Como ya hemos dicho en la introducción la fusión no es un proceso “natural” en la Tierra, en el
sentido de que no se dan las condiciones necesarias para que se supere la barrera coulombiana.
Pero una vez tenemos esa energía los procesos son sencillos, veamos los procesos más
importantes:


• Reacciones D-D:


                 El Reactor de Fisión Nuclear.
estas relaciones se llaman Deuterio-Deuterio y son las más elementales posibles porque
 1   𝐻 +1 𝐻   4   𝐻 e + γ no es posible dado que el 2 𝐻𝑒 es inestable.


• Reacciones D-T


esta reacción también sirve como fuente de neutrones rápidos y una variante de ella si
disponemos de 3 𝐻 𝑒 es:
Esta reacción pertenece a la fusión que se está estudiando actualmente, y corresponde a la
unión de un átomo de Deuterio y otro de Tritio (isótopos del hidrógeno). Como resultado, se
forma un átomo de helio. ¿Son elementos abundantes? El deuterio se puede sacar del agua de
los océanos. De forma concreta, por cada 500 litros de agua, se pueden extraer 10 gramos de
deuterio. El tritio, lo obtendríamos del litio. (15 gramos de tritio por cada 30 de litio). Ambos son
elementos         que      podemos       considerar      inagotables       en      la       naturaleza.

La razón por la que se trabaja con esta reacción específica, se debe a que necesita menor
presión que la que tiene lugar en el núcleo solar. (Sería imposible simular esas condiciones de
                 El Reactor de Fisión Nuclear
presión). Por el contrario, debemos de aumentar la temperatura hasta 150 millones de grados o
incluso más (¡135 millones más que el núcleo solar!)
                                                                                     .




                                   Reacción de Fisión en el sol
Materiales muy resistentes




          Reacción de Fusión
            El Reactor de Fisión Se encuentra en estudio
              ocurra              Nuclear.
                                 La esencia del control de reacciones de fusión
                                 y el poder extraer de ellas energía útil es el ser
                                 capaces de calentar el combustible
                                 termonuclear a temperaturas del orden de
                                 108K mientras que mantenemos una densidad
                                 alta durante el tiempo suficiente como para
Muy altas temperaturas( 108 𝐾)   que la cantidad de reacciones de fusión sea la
                                 suficiente para obtener las energías deseadas.
                                 A esas temperaturas los ´átomos se ionizan y
                                 tenemos por tanto que el combustible es una
                                 mezcla caliente de nubes de iones pasivos y
                                 electrones, siendo globalmente neutra. Esta
                                 configuración se llama plasma.
Un gran problema es obviamente confinar el plasma, dado que el plasma intercambiaría energía
con las paredes del recipiente que lo contenga fundiendo el recipiente y enfriándose el. En este
momento se investigan dos métodos para confinar el combustible termonuclear: confinamiento
magnético y confinamiento inercial.
En el confinamiento magnético el plasma se aísla con un campo magnético especialmente
diseñado. Los primeros modelos magnéticos, americanos, conocidos como Stellarator generaban
el campo directamente en un reactor toroidal, con el problema de que el plasma se filtraba
entre las líneas del campo. Los ingenieros rusos mejoraron este modelo dando paso al Tokamak

                El Reactor de Fisión Nuclear
en el que un arrollamiento de bobina primario inducia el campo sobre el plasma, aprovechando
que es conductor, y utilizándolo de hecho como un arrollamiento secundario.        .

                                 Los dos proyectos más importantes a nivel mundial son el NIF
                                 (National Ignition Facility) en EE.UU. y el LMJ (Laser Mega
                                 Joule) en Francia. El NIF posee 192 láseres de neodimio vidrio
                                 de 1.8 MJ, emitiendo en una longitud de onda de 0.35 mm y
                                 con una duración de pulso de unos 16 nanosegundos.
                                 La producción de energía para aplicación civil es, de todos
                                 modos, un objetivo a largo o muy largo plazo para este tipo de
                                 instalaciones, que surgen para investigar y simular micro
                                 explosiones nucleares, para el uso comercial
                                 posiblemente se sustituirían los haces láser por haces de iones,
                                 que conseguirían un mayor rendimiento energético.
   Sección de un Tokamak.
Es evidente que no podemos confinar un flujo de plasma a 150 millones de grados de cualquier
forma. Primeramente las paredes del recipiente se desgastarían, el plasma se enfriaría y
tendríamos que suministrarle muchísima más energía, de tal forma que ni tan si quiera se
llegaría a la condición Break-Even en la que la ganancia de energía es igual a la energía
suministrada al sistema. Expliquemos entonces la idea del confinamiento magnético.




                El Reactor de Fisión Nuclear.


El confinamiento magnético, consiste en confinar el plasma girando en el interior del Tokamak e
ir     elevando      su    temperatura     hasta      que     se    produzca       la    fusión.
Como se sabe, cuando circula una intensidad por una bobina, se genera un campo magnético a
lo largo de su eje. Este campo magnético es idéntico al que se forma en el Tokamak. Según la
ecuación de Lorenz, cuando una carga eléctrica en movimiento se ve afectada por un campo
magnético aparece una fuerza sobre esta que modifica su trayectoria
Para darle una mayor estabilidad a ese plasma giratorio, se le aplica una corriente de inducción a
ese plasma mediante una columna que atraviesa el eje del Tokamak.
De esta forma, igualmente que el secundario de un transformador, circulará una corriente
eléctrica a lo largo del plasma. Esta corriente, inducirá un campo magnético poloidal a su
alrededor y además, contribuirá a un primer calentamiento del plasma, que culminará con un
calentamiento mediante radiación. Todo esto es posible gracias a que el plasma posee cargas
eléctricas libres.


                 El Reactor de Fisión Nuclear.

                                 Flujos magnéticos dentro del Tokamak.

Quedan todavía muchos años de investigación, pero sin duda, en cuanto se llegue al resultado
esperado,     será      el     inicio    de      otra     nueva       revolución    industrial.
Estamos hablando de una fuente de energía prácticamente inagotable que, en unión con las
demás fuentes de energías renovables, blindaría la futura necesidad energética para siempre.
Nos olvidaríamos de la emisión de gases efecto invernadero, ya que lo único que emite este tipo
de reactores es helio, que es un gas inerte sin ninguna repercusión ambiental.
Armas Termonucleares.
de los Estados Unidos y la URSS al comienzo de los años 50, los explosivos de fisión en los
arsenales de ambas naciones fueron remplazados por armas termonucleares con una energía
de explosión de unos dos o tres ordenes de magnitud mayores que las armas de fisión. Se pasa
de las armas del rango del kilotón de energía (Hiroshima y Nagasaki) al megatón de energía. La
mayor parte de los detalles de la construcción de armas termonucleares son secretos pero
existen datos suficientes como para hacer observaciones generales acerca de su
funcionamiento. Como punto de partida toda la discusión acerca de la temperatura de ignición
del material fisionable es igualmente valida, y la única fuente rápida y móvil capaz de alcanzar
esas temperaturas es una explosión nuclear. Por tanto un arma de fusión incluye un explosivo
                 El Reactor de Fisión Nuclear
de fisión como detonador. La radiación de la explosion de fisión es responsable        .
de calentar y comprimir el combustible termonuclear.


El primer explosivo termonuclear uso una mezcla licuada de combustible, lo que requería un
complicado sistema de refrigeración para conseguir y mantener las bajas temperaturas
necesarias para licuar el hidrogeno. Las armas de hoy día usan litio solido como combustible, a
base de isotopos separados Los efectos destructivos de las armas de fisión son análogos a los
que hemos referido para las armas de fisión, solo que aumentando la distancia de destrucción´
a m´as de 10 km. Hoy día se estima que la potencia explosiva de las armas nucleares en
conjunto es del orden de 1010 toneladas de TNT, lo que implica que si repartiésemos ese
“explosivo” entre la población terrestre a cada ser humano le corresponderían dos toneladas de
TNT.
Bomba De Fusión.



 Las bombas de fusión consisten en la fusión de núcleos ligeros (isótopos del hidrógeno) en
 núcleos más pesados. La bomba de hidrógeno (bomba H), bomba nuclear de fusión o bomba
 termonuclear se basa en la obtención de la energía desprendida al fusionarse dos núcleos
 atómicos,      en      lugar      de        la     fisión       de       los      mismos.

 La energía se desprende al fusionarse los núcleos de deuterio (H21) y de tritio (H31), dos

 neutrones
                El Reactor de Fisión Nuclear
 isótopos del hidrógeno, para dar un núcleo de helio. La reacción en cadena se propaga por los
                  de      alta     energía      desprendidos         en      la
                                                                                    .
                                                                                    reacción.

 Para iniciar este tipo de reacción en cadena es necesario un gran aporte de energía, por lo
 que todas las bombas de fusión contienen un elemento llamado iniciador o primario, que no
 es sino una bomba de fisión. A los elementos que componen la parte fusionable (deuterio,
 tritio,         etc)        se         le        conoce          como         secundario.

 La primera bomba de este tipo se hizo estallar en Eniwetok (atolón de las Islas Marshall) el 1
 de noviembre de 1952 con marcados efectos en el ecosistema de la región. La temperatura
 alcanzada en el "Punto Cero" (lugar de la explosión) fue de más de 15 millones de grados, tan
 caliente como el núcleo del Sol, por unos cuantos segundos. Literalmente vaporizó dicha isla.
Bomba De Fusión.




             El Reactor de Fisión Nuclear.
El Reactor de Fisión Nuclear.
ACCIDENTES NUCLEARES
Accidentes Nucleares.




                          Accidentes Nucleares.


                                                            Vandellós (Cataluña, España)
    Chernóbil (Ucrania)
                            Fukushima (Japón)               Cuando eran las 21:39 horas del
  El accidente nuclear                                      día 19 de octubre de 1989 se
                El Reactor de Fisión Nuclear
  de Chernóbil ocurrió
  durante la noche del
                           El 11 de marzo de 2011 , a
                           las 14:46,se produjo un
                           terremoto magnitud 9.0 en
                                                            declaró un incendio en la central
                                                                                  .
                                                            nuclear de Vandellós I, que tuvo
  25 al 26 de abril de     la escala Richter, en la costa   su inicio en el grupo turbo
  1986 en el cuarto        nordeste de Japón. Los           alternador principal número dos
  reactor de la planta.    motores        diésel      de    del edificio de producción de
                           emergencia        para      la   energía eléctrica, a consecuencia
  Debido a un error
                           generación de electricidad       de un fallo mecánico generado
  humano.                                                   por la fisuración – detectable a
                           comenzaron a funcionar
                           normalmente, pero se             través     de    revisiones   de
                           detuvieron abruptamente a        mantenimiento con técnicas
                           las 15:41 con la llegada del     conocidas,      ultrasónicas    o
                           tsunami que siguió al            radiográficas
                           terremoto.
Accidente Nuclear de Chernóbil.

El 25 de abril, a la una de la madrugada, los ingenieros iniciaron la entrada de las barras de
regulación en el núcleo del reactor, refrigerado por agua y moderado por grafito (que pertenece
al tipo que los soviéticos llaman RMBK-1000), para llevar a cabo una prueba planeada con
anterioridad, bajo la dirección de las oficinas centrales de Moscú. La potencia térmica en este
caso desciende normalmente de 3.200 a 1.600 MW.
Hacia las 23 horas se habían ajustado los monitores a los niveles más bajos de potencia. Pero el
operador se olvidó de reprogramar el ordenador para que se mantuviera la potencia entre 700
MW y 1.000 MW térmicos. Por este motivo, la potencia descendió al nivel, muy peligroso, de 30
MW.
                El Reactor de Fisión Nuclear                                         .
La mayoría de las barras de control fueron extraídas con el fin de aumentar de nuevo la
potencia. Sin embargo, en las barras ya se había formado un producto de desintegración, el
xenón, que “envenenó” la reacción. En contra de lo que prescriben las normas de seguridad, en
una medida irreflexiva, se extrajeron todas las barras de control.
El día 26 de abril, a la una y tres minutos, esta combinación poco usual de baja potencia y flujo
de neutrones intenso, provocó la intervención manual del operador, desconectando las señales
de alarma. A la una y 22 minutos, el ordenador indicó un exceso de radiactividad, pero los
operadores decidieron finalizar el experimento, desconectando la última señal de alarma en el
instante en el que el dispositivo de seguridad se disponía a desconectar el reactor.
Accidente Nuclear de Chernóbil.
Dado que los sistemas de seguridad de la planta quedaron inutilizados y se habían extraído
todas las barras de control, el reactor de la central quedó en condiciones de operación
inestable y extremadamente insegura. En ese momento, tuvo lugar un transitorio que
ocasionó un brusco incremento de potencia. El combustible nuclear se desintegró y salió de
las vainas, entrando en contacto con el agua empleada para refrigerar el núcleo del reactor. A
la una y 23 minutos, se produjo una gran explosión, y unos segundos más tarde, una segunda
explosión hizo volar por los aires la losa del reactor y las paredes de hormigón de la sala del
reactor, lanzando fragmentos de grafito y combustible nuclear fuera de la central,

                El Reactor de Fisión Nuclear
ascendiendo el polvo radiactivo por la atmósfera.
                                                                                      .
Se estima que la cantidad de material radiactivo liberado fue 200 veces superior al de las
explosiones de Hiroshima y Nagasaki.
El accidente nuclear fue clasificado como nivel 7 (“accidente nuclear grave”) en la Escala
Internacional de Sucesos Nucleares (Escala INES) del OIEA, es decir, el accidente de peores
consecuencias ambientales, y que sirve como referencia para proyectar y controlar los
dispositivos y sistemas de protección de las instalaciones nucleares.
Aunque el accidente tuvo lugar por un claro error humano, hay que tener en cuenta los
factores sociales y políticos de la Unión Soviética en aquel momento. La falta de una
estructura social democrática implicaba una ausencia de control de la sociedad sobre la
operación de las centrales nucleares y de una “cultura de seguridad”. Posiblemente, el temor
de los operadores
Bomba DeNuclear de Chernóbil.
Accidente Fusión.
 El comienzo de un incendio, que no se consiguió apagar hasta el 9 de mayo, aumentó los
 efectos de dispersión de los productos radiactivos, y la energía calorífica acumulada por el
 grafito dio mayor magnitud al incendio y a la dispersión atmosférica.
 De los productos radiactivos liberados eran especialmente peligrosos el yodo-131 (cuyo
 período de semidesintegración es de 8,04 días) y el cesio-137 (con un período de
 semidesintegración de unos 30 años), de los cuales, aproximadamente la mitad, salieron de
 la cantidad contenida en el reactor. Además, se estimó que todo el gas xenón fue expulsado
 al exterior del reactor. Estos productos se depositaron de forma desigual, dependiendo de

               El Reactor de Fisión Nuclear
 su volatilidad y de las lluvias durante esos días.
                                                                                    .
 Los más pesados se encontraron en un radio de 110 km, y los más volátiles alcanzaron
 grandes distancias. Así, además del impacto inmediato en Ucrania y Bielorrusia, la
 contaminación radiactiva alcanzó zonas de la parte europea de la antigua Unión Soviética, y
 de Estados Unidos y Japón. En España, el Consejo de Seguridad Nuclear (CSN) detectó
 pequeñas cantidades de yodo-131 y cesio-137, por debajo de los límites aceptables de dosis
 de radiación, en las regiones mediterráneas y en Baleares.
Bomba De Fusión.de Chernóbil.
Accidente Nuclear
 Las consecuencias inmediatas del accidente sobre la salud de las personas fueron las
 siguientes:
 237 personas mostraron síntomas del Síndrome de Irradiación Aguda (SIA), confirmándose el
 diagnóstico en 134 casos. 31 personas fallecieron durante el accidente, de las cuales, 28
 (bomberos y operarios) fueron víctimas de la elevada dosis de radiactividad, y 3 por otras
 causas. Después de esta fase aguda, 14 personas más han fallecido en los diez años posteriores
 al accidente.
 Entre 600.000 y 800.000 personas (trabajadores especializados, voluntarios, bomberos,
 militares y otros) llamadas liquidadores, encargadas de las tareas de control y limpieza,
                El Reactor de Fisión Nuclear
 fallecidas en distintos períodos.
 16.000 habitantes de la zona fueron evacuados varios días después del accidente, como
                                                                                      .

 medida de protección frente a los altos niveles de radiación, estableciéndose una zona de
 exclusión en los territorios más contaminados, en un radio de 30 km alrededor de la
 instalación.
 565 casos1 de cáncer de tiroides en niños fundamentalmente (de edades comprendidas entre
 0 y 14 años) y en algunos adultos, que vivían en las zonas más contaminadas (208 en Ucrania,
 333 en Bielorrusia y 24 en la Federación Rusa), de los cuales, 10 casos han resultado mortales
 debido a la radiación.
 Otros tipos de cáncer, en particular leucemia, no han registrado desviaciones estadísticamente
 significativas respecto a la incidencia esperada en condiciones normales.
Bomba DeNuclear de Chernóbil.
Accidente Fusión.
Según la Agencia de Energía Atómica (NEA) de la OECD, los rangos de dosis de radiación,
recibidos por los distintos grupos, fueron los siguientes:
Liquidadores: del total de los liquidadores, unos 200.000 recibieron dosis variables desde 15 a
170 milisievert (mSv)3.
Evacuados: las 116.000 personas evacuadas, la mayor parte de un radio de acción de la central
de 30 km, recibieron dosis altas (el 10% más de 50 mSv y el 5% más de 100 mSv),
especialmente en el tiroides por incorporación de yodo-131. La zona más evacuada fue Prypiat,
a 2 km escasos de la central, convirtiéndose en una “ciudad fantasma” al abandonar la ciudad
las 60.000 personas que vivían allí.
                 El Reactor de Fisión Nuclear                                           .
Habitantes de las áreas contaminadas: alrededor de 270.000 personas continuaron viviendo en
áreas contaminadas, de modo que los niños recibieron altas dosis en tiroides, debido a la
ingestión de leche contaminada con yodo-131 durante las primeras semanas después del
accidente. Tras el control de los alimentos, durante el período 1986-1989, el rango de dosis de
cesio-137 en el suelo fue de 5 a 250 mSv/año, con una media de 40 mSv/año.
Resto de la población: los materiales radiactivos volátiles se extendieron por todo el Hemisferio
Norte, aunque las dosis recibidas por la población fueron muy bajas y carecen de importancia
desde el punto de vista de la protección radiológica. Las dosis de radiación, durante el primer
año, oscilaron en Europa entre 0,005 y 0,5 mSv, en Asia entre 0,005 y 0,1 mSv, y en el Norte de
América fueron del orden de 0,001 mSv.
Bomba DeNuclear de Chernóbil.
Accidente Fusión.




              El Reactor de Fisión Nuclear.
AccidentesNuclear de Chernóbil.
Accidente nucleares.
AccidentesNuclear de Chernóbil.
Accidente nucleares.
Fusión y fisión nuclear
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Fusión y fisión nuclear

  • 1. ESTUDIO DE LA FISIÓN Y FUSIÓN NUCLEAR Asignatura: Biotecnología. Autor: M. C. Carvajal. ULPGC
  • 2. ÍNDICE Partículas elementales. 1.OBJETIVO. 2.INTRODUCCIÓN. 3.PARTÍCULAS ELEMENTALES. 4.EL NÚCLEO. • Fuerza Nuclear. • Energía de enlace. • Estabilidad Nuclear. • Defecto de masa. • Energía Nuclear. • Desintegración Radiactiva. • Leyes de Soddy. • Velocidad de Desintegración y Semivida. • Familias radiactivas. • Usos de los Radionúclidos. • Reacciones nucleares. 5.Fisión y Fusión. • Fisión Nuclear. • Energía Obtenida por la fisión de un núcleo. • Mecanismos físicos. • Reacciones de Fisión. • Fisión controlada.
  • 3. ÍNDICE 7. ARMAMENTO DE FISIÓN NUCLEAR. • Bomba atómica de Fisión. • Balas de Plata. 8. REACTORES DE FISIÓN NUCLEAR. • Combustible. • Moderador. • Ensamblaje. • Refrigerante. • Tipos de reactores • Generación de Energía. • Investigación. • Convertidor. • Tipos de Reactores Generadores de Energía • LRW • CANDÚ • FBR • HTGBR • BBMK • RBMK • ADS
  • 4. ÍNDICE 9.FUSIÓN NUCLEAR. • Reactor de fusión. • Armas de Fusión nuclear. • La bomba de hidrógeno. 10.ACCIDENTES NUCLEARES. • Accidente Nuclear de CHERNÓBIL. 11.CENTRALES NUCLEARES EN EL MUNDO. 12. TIPOS DE ENERGÍA 13.DEBATE FINAL ENERGÍA DEL FUTURO. 14.BIBLIOGRAFÍA
  • 5. Objetivo. Nuestro Objetivo en el presente trabajo consiste en definir Los mecanismos de Fisión y Fusión Nuclear ,sus aplicaciones e inconvenientes, y finalmente generar un debate sobre cual será la energía del futuro.
  • 6. INTRODUCCIÓN. Se denominan fisión y fusión nuclear a dos procesos nucleares exoenergéticos con importantes aplicaciones. Ambos procesos producen cantidades extraordinariamente elevadas de energía, y ambos procesos son básicos en la concepción de los reactores nucleares utilizados en la producción de energía eléctrica. La fisión es un fenómeno que atañe a los núcleos más pesados (uranio y plutonio principalmente). La fusión, sin embargo, es un proceso que tiene lugar de forma natural en las estrellas. Por eso brillan (emiten fotones) y además emiten otras partículas de gran interés para la astrofísica. A lo largo de este trabajo acerca de la fisión y fusión se hará una introducción a los mecanismos y reacciones nucleares que tiene lugar en ambos procesos y también se trataran los dos usos prácticos más importantes que se extraen de estos dos fenómenos que son la generación de energía con los reactores nucleares y las armas nucleares. En el apartado dedicado a la fusión también se analiza al Sol como reactor termonuclear.
  • 7. INTRODUCCIÓN Propiedades Químicas Distribuciones Electrónicas Núcleos Atómicos Reacciones Nucleares
  • 8. INTRODUCCIÓN Reacciones Nucleares • Procesos Acompañados por la liberación de una gran cantidad de energías • Transmutaciones de unos elementos en otros. Reacciones Nucleares Reacción Química Ordinaria • Los elementos pueden transmutarse • No se producen nuevos elementos. en otros • Habitualmente solo participan los • Están implicadas Las partículas del electrones mas externos Núcleo. • Se liberan o absorben pequeñas • Se liberan o absorben grandes cantidades de energía(relativamente) cantidades de energía • La velocidad de reacción no la determinan • La velocidad de reacción es función factores externos de P ,T ,C , Catalizadores.
  • 9. INTRODUCCIÓN CRONOLOGÍA • Edad media : Los alquimistas intentan convertir otros Metales en oro sin llegar a conseguirlo. • 1896 Henry Becquerel descubre la radioactividad natural (Rayos radioactivos procedentes de un compuesto de uranio). • Un estudio de Ernest Rutherford sobre estos rayos demuestra la posibilidad de convertir un átomo en otro diferente mediante desintegración nuclear. • Años mas tarde se demuestra la posibilidad de convertir un elemento en otro al bombardear los núcleos con partículas subatómicas, liberando radioactividad(radioactividad inducida). • 1903 Henry Becquerel-Pierre y Marie Curie premio Nobel de Física por el descubrimiento de la radioactividad natural. • 1911 Marie Curie premio Nobel de Química por el descubrimiento de los nuevos elementos Radioactivos Po y Ra y los compuestos del Ra. • 1935 Irene Joliot Curie- Frederic Joliot premio Nobel de Química por síntesis de un nuevo elemento radioactivo.
  • 10. INTRODUCCIÓN Aplicaciones “El descubrimiento de H. Becquerel indujo a varios investigadores a descubrir e investigar nuevos elementos radioactivos. En la actualidad un sinnúmero de elementos radioactivos O radioisótopos tienen importantes usos médicos, agrícolas e industriales” FISIÓN NUCLEAR FUSIÓN NUCLEAR Desdoblamiento de un Núcleo pesado Combinación de núcleos Ligeros En otros más ligeros. Para producir uno mas pesado. • En ambos procesos se liberan grandes cantidades de energía • Estos procesos podrían satisfacer nuestras necesidades energéticas futuras. • La investigación actual se orienta a superar los problemas tecnológicos asociados al uso seguro y eficiente de los reactores de fisión nuclear y al desarrollo de reactores de fusión controlada.
  • 11. Partículas elementales. Partículas Elementales
  • 12. Partículas elementales. 12 PARTÍCULAS ELEMENTALES 4 Tipos de FUERZAS
  • 14. Partículas elementales. 12 PARTÍCULAS ELEMENTALES: 6 Tipos de 6 Tipos de Quarks Leptones QUARKS: Partículas que sienten la fuerza nuclear fuerte. La teoría de los Quarks fue elaborada en 1963 por los físicos Murray Gell-Mann y Yuval Ne'eman. Experimentos realizados en los laboratorios de Fermilab (en EEUU) y CERN (en Ginebra) comenzaron a dar evidencia experimental sobre su existencia. (tienen color:rojo,azul,verde) BARIONES : Combinaciones MESONES : Combinaciones de tres tipos de Quarks de1 Quarks y un Anti quark.
  • 15. Partículas elementales. 12 PARTÍCULAS ELEMENTALES: 6 Tipos de 6 Tipos de Quarks Leptones LEPTÓN: son partículas muy ligeras que siempre interactúan por medio de la fuerza nuclear débil y si tienen carga también sienten la interacción electromagnética, pero nunca sienten la interacción nuclear fuerte. Ejemplos de los leptones son: el electrón, el muon, el tau y el neutrino. ELECTRÓN: Descubierto en MUON : son esencialmente TAUÓN : son esencialmente 1897 por el físico inglés J. J. electrones, pero de masa mucho electrones, pero de masa mucho Thomson (1856 - 1940). Los mayor(200 veces). Los leptones mayor. Los leptones cargados son electrones son partícula con carga cargados son todos negativos. todos negativos. eléctrica negativa que dan origen [μ] [Ʈ] a la electricidad cuando fluyen en un conductor [e- ] NEUTRINO: Significa el 'neutro pequeñito', lo cual era justamente lo que el físico Enrico Fermi quería denotar. Un neutrino es una partícula de masa nula (o muy cercana a nula) que no tiene carga y no siente la fuerza nuclear fuerte. Fue propuesto por Wolfgang Pauli en 1930 y descubierto en 1956 por Fred Reines y Clyde Cowan. En el universo hay muchos neutrinos (250 en cada centímetro cuadrado del cosmos), pero como éstos no sienten la fuerza nuclear fuerte ni la fuerza electromagnética, es muy difícil detectarlos. En el tiempo que usted demora en leer esta frase, millones de neutrinos han atravesado su cuerpo a la velocidad de la luz. Estas partículas pueden constituir gran parte de la materia oscura del universo. [𝛄 𝐞 ],[𝛄 𝛍 ], [𝛄 𝛕 ]
  • 16. Partículas elementales. 4 Tipos de FUERZAS Nuclear Fuerte Nuclear Débil Gravedad Electromagnética Partículas Portadoras Asociadas(Bosones) Gluon:(tienen BOSONES GRAVITÓN: No FOTÓN: Incluye color como los VECTORIALES: detectado ,es una rayos X, rayos quarks y existen 8) MASIVOS: W + , W - partícula teórica gamma , ondas de , Z 0 , Higgs radio, etc. Bosón de Higgs
  • 17. Partículas elementales. Bosón de Higgs
  • 18. Partículas elementales. ¿QUE ES UN BOSÓN DE HIGGS? Es un tipo de partícula elemental que se cree tiene un papel fundamental en el mecanismo por el que se origina la masa en el Universo. La confirmación o refutación de su existencia es uno de los objetivos del Gran Colisionador de Hadrones (LHC, por sus siglas en inglés), el mayor y más potente acelerador de partículas del mundo que opera el Laboratorio Europeo de Física de Partículas (CERN) en la frontera franco- suiza, cerca de Ginebra. ¿POR QUE ES TAN IMPORTANTE EL BOSÓN DE HIGGS? El modelo estándar describe perfectamente las partículas elementales y sus interacciones, pero queda una parte importante por confirmar, precisamente la que da respuesta al origen de la masa. Sin masa, el Universo sería un lugar muy diferente. Si el electrón no tuviera masa no habría átomos, con lo cual no existiría la materia nada. Para explicar esta teoría, varios físicos, entre ellos el británico Peter Higgs, postularon en los años 60 del siglo XX un mecanismo que se conoce como el campo de Higgs. Al igual que el fotón es el componente fundamental del campo electromagnético y dela luz, el campo de Higgs requiere la existencia de una partícula que lo componga, que los físicos llaman bosón de Higgs, que da origen a la masa. ¿CÓMO FUNCIONA EL CAMPO DE HIGGS? El campo de Higgs sería una especie de continuo que se extiende por todo el espacio, formado por un incontable número de bosones de Higgs. La masa de las partículas estaría causada por una «fricción» con el campo de Higgs, por lo que las partículas que tienen una fricción mayor con este campo tienen una masa mayor.
  • 22. NÚCLEO ATÓMICO. El núcleo atómico • Los átomos están formados por el núcleo y la corteza. • En el núcleo se encuentran los protones y neutrones. • En la corteza se encuentran los electrones. La coexistencia de protones y neutrones en el núcleo atómico es debido a un proceso de neutralización de las cargas internas de unos y otros. Neutrones y protones son partículas Compuestas y las caracterizaremos a continuación
  • 23. NÚCLEO ATÓMICO(El Neutrón) El núcleo atómico Neutrón :Es una partícula subatómica sin carga neta, presente en el núcleo atómico de prácticamente todos los átomos, excepto el protio. Aunque se dice que el neutrón no tiene carga, en realidad está compuesto por tres partículas fundamentales cargadas llamadas quarks, cuyas cargas sumadas son cero. Por tanto, el neutrón es un barión neutro compuesto por dos quarks de tipo abajo, y un quark de tipo arriba. Propiedades Propiedades Composición Quark:1up,2 Teorizada Quark:1up,2do down down Grupo Hadrón Descubierta James Chadwick 1932 Antipartícula Antineutrón Dipolo eléctrico Antineutrón Masa 1,674 927 29 (28)×10−27kg Carga Eléctrica 0 Fuera del núcleo atómico, los neutrones son inestables, teniendo una vida media de 15 minutos (885,7 ± 0,8 s); cada neutrón libre se descompone en un electrón , un antineutrino y un protón . Su masa es muy similar a la del protón, aunque ligeramente mayor.
  • 24. NÚCLEO ATÓMICO (Propiedades del Neutrón) El núcleo atómico FISIÓN NUCLEAR: El proceso fundamental que conduce a la producción de energía • Masa 1,00137 >m protón nuclear es la fisión de un • Protón + neutrón=Nucleón • Masa 1 838,4 veces > m electrón núcleo de uranio originado por un • Partícula eléctricamente Neutra neutrón: en la fisión el núcleo se escinde en dos partes y alrededor de tres neutrones por término medio (neutrones rápidos); los fragmentos resultantes de la escisión emiten, además otros neutrones. Los neutrones son fundamentales en las reacciones nucleares: una reacción en cadena se produce cuando un neutrón causa la fisión de un átomo fisible, produciéndose un mayor número de neutrones que causan a su vez otras fisiones. Según esta reacción se produzca de forma controlada o incontrolada se tiene lo siguiente: *En el núcleo el número de neutrones es Reacción incontrolada: sólo se produce constante. cuando se tiene una cantidad suficiente * Fuera del Núcleo se desintegra con de combustible nuclear -masa crítica-; una vida media de 1000 s , liberando un fundamento de la bomba nuclear. protón, un electrón y un neutrino. Reacción controlada: mediante el uso de un moderador en el reactor nuclear; fundamento del aprovechamiento de la energía nuclear.
  • 25. El núcleoATÓMICO(El Protón) NÚCLEO atómico • Masa 1,836>m electrón • Carga= +1,6 × 10-19 C • Vida media=1035 años • 2 quarks up,1 quark down • Teorizada por William Proust (1815) • Descubierta por Ernest Rutherford (1919) *El número de protones en el núcleo determina las propiedades químicas del átomo *Los protones se repelen entre sí, pero están agrupados por la acción de la fuerza nuclear, que a ciertas distancias es superior a la acción de las fuerzas electromagnéticas *Cuando el átomo es grande como el de uranio, la repulsión electromagnética puede desintegrarlo. • Partículas compuestas por 3 quarks de spin ½. • Los quarks están unidos por una fuerza nuclear fuerte mediada por Gluones. • m quarks=5%masa del protón. • 95%m protón= mar de Gluones+ pares de quarks- Anti quarks
  • 26. Núcleo Atómico. El núcleo atómico NÚCLIDO: Este término se utiliza para referirse a las diferentes formas atómicas de todos los elementos ISÓTOPO: Son los átomos que tienen el mismo número atómico, pero distinto número másico.. El símbolo de un Núclido para un elemento es 𝐀 𝐗 ,Donde A es el numero másico Z el número 𝐙 atómico y X el símbolo del elemento . Por ejemplo para el uranio 235 su símbolo será: 𝟐𝟑𝟓 𝐔 𝟗𝟎 Los Isótopos son los átomos que tienen el mismo número atómico y diferente numero másico, por ejemplo 𝟏 𝑯 𝟐 𝑯 𝟑 𝑯 𝟏 𝟏 𝟏
  • 27. INTRODUCCIÓN El núcleo atómico La masa de un átomo es tan pequeña que para medirla no se utiliza el gramo ,sino la unidad de masa atómica (u.m.a),definida como la doceava parte de la masa de un átomo de carbono 12 ( 𝟏𝟐 𝑪 𝟔 1u= 1,6605*10-27 𝑲𝒈
  • 28. INTRODUCCIÓN FUERZA NUCLEAR EL núcleo de los átomos esta formado por los protones cargados positivamente y los neutrones que no están cargados. Las fuerzas repulsivas entre las cargas de los protones harían que el núcleo fuera inestable. Esto no ocurre porque la fuerza eléctrica se equilibra con la fuerza nuclear que definimos a continuación. • Es de corto alcance, su radio de acción es de unos 10-15 m. Esta longitud también es conocida Como femtómetro o fermi. • Es atractiva y no depende de la carga. Se ejerce entre protones-protones , protones-neutrones, Neutrones- neutrones. A distancias mayores que la del núcleo se hace repulsiva. • Su intensidad es muy elevada,100 veces mayor que la fuerza electromagnética.
  • 29. ENERGÍA DE ENLACE. • La masa de cualquier núcleo siempre es inferior a la suma de las masas de los nucleones que lo Forman . La diferencia entre los dos números se conoce como defecto de masa(Δm). • El equivalente en energía del defecto de masa, que se libera cuando se forma el núcleo , recibe el nombre de energía de enlace, que se define como: • La energía de enlace de un núcleo es la energía liberada en la formación de este a partir de los Nucleones libres, o la necesaria para disgregar un núcleo y separar sus nucleones. • Si se divide la energía de enlace de un núcleo por el número de nucleones que lo forman Obtenemos la energía de enlace por nucleón. • Esta ultima esta relacionada con la estabilidad de los núcleos. Un núcleo será mas estable mientras mayor sea la energía que haga falta comunicarle para que los nucleones dejen de estar ligados entre sí. Esta energía coincide con la energía que se libero cuando se forma el núcleo a partir de nucleones libres.
  • 30. INTRODUCCIÓN ESTABILIDAD NUCLEAR. • En esta gráfica representamos el número de neutrones N vs numero de protones Z. • La banda de estabilidad nuclear para elementos de numero atómico < 20 esta en la bisectriz porque N=Z. • Para elementos con numero atómico >20 la banda de estabilidad se va por encima de la bisectriz de forma escalonada, porque los núclidos tienen mayor numero de neutrones que de protones. En este caso el exceso de neutrones evita las fuerzas repulsivas entre protones. • La mayoría de núclidos radioactivos está fuera de la banda de estabilidad. http://lectureonline.cl.msu.edu/~mmp/kap30/Nuclear/nuc.htm
  • 31. Defecto de masa(Δm) INTRODUCCIÓN Experimentalmente podemos observar que la masa de un núcleo obtenida de forma experimental, es siempre menor a la suma de las masas de sus partículas constituyentes. Aunque conocemos que el defecto de masa es un fenómeno que tiene origen nuclear no tiene nada que ver con los electrones, las tablas de masa de isótopos los incluyen por eso los incluiremos nosotros. Δm=Σm 𝒑+ , 𝒆− , 𝒏 𝟎 -masa real del átomo La masa de un núcleo es menor que la de sus nucleones libres, esto nos indica que el núcleo es mas estable que sus partículas libres. ¿Qué ha ocurrido con la masa que representa este defecto?¿Donde fue a parar? Teoría de la relatividad E=m*c2 1905 • Materia y energía son equivalentes. • La materia puede transformarse en energía • La energía puede transformarse en materia.
  • 32. Transformación de materia en energía Transformación de energía en materia 1939 Fisión nuclear controlada La transformación de energía en materia no se ha conseguido a gran escala.
  • 33. INTRODUCCIÓN ENERGÍA DE ENLACE. E=m*c2 Donde: • E=energía liberada. • m=Masa de materia transformada en energía. • c=velocidad de la luz en el vacío[2,997925*108 m/s] Para realizar el cálculo de la energía de enlace de un núcleo Eb , será necesario tener en cuenta el defecto de masa que antes habíamos definido como: Δm=Σm 𝒑+ , 𝒆− , 𝒏 𝟎 -masa real del átomo Eb= Δm*c2 Energía de enlace de un núcleo Si la energía antes obtenida la dividimos por el número de nucleones(numero másico A) Obtenemos la energía media de enlace por nucleón: 𝐄𝐛 𝐀 𝐄 Se define la energía media de enlace por nucleón 𝐀𝐛 como la energía que se libera al añadir a un núcleo uno de sus nucleones constituyentes . Esta energía es la medida objetiva de la estabilidad energética de un núcleo.
  • 34. INTRODUCCIÓN ENERGÍA DE ENLACE. • Se ha representado la energía de enlace por nucleón frente al numero másico A observamos lo siguiente: • Las energías de enlace por nucleón aumentan rápidamente con el aumento del numero másico(zona 1). • El valor máximo se observa para un numero másico de 56, que corresponde con el núcleo 𝟓𝟔 𝐅𝐞, que 𝟐𝟔 es el más estable de la naturaleza. • Los núcleos más estables(Zona2) están comprendidos entre A=40 y A=80,pues a ellos corresponden los valores mas altos de energías. Se necesitarían grandes cantidades de energías para separar esos núcleos en sus en sus neutrones y protones constituyentes. Aunque los núcleos antes mencionados sean los mas estables, todos los núcleos son estables frente a su completa descomposición en protones y neutrones , porque todos (excepto 𝟏 𝑯) tienen defecto de masa. En otras palabras el equivalente en energía del Δm está presente en todos los núcleos(excepto 𝟏 𝑯) energía Que debe ser superada para separar cada núcleo en sus nucleones constituyentes.
  • 35. INTRODUCCIÓN ENERGÍA DE ENLACE. • Zona 3: Podemos observar que con un aumento del numero másico por encima de 110 hay una disminución de la energía de enlace hasta 7,.. MeV y A=235 correspondiente con el uranio. Esta zona de baja energía y alta masa tendrá una tendencia natural a perder ma sa y ganar energía para llegar a la zona de estabilidad (fisión).
  • 36. INTRODUCCIÓN RADIOACTIVA DESINTEGRACIÓN Descubre la radiactividad: Observa experimentalmente como una sal de uranio dejaba grabada una imagen en papel fotográfico 1896 Radiactividad: Desintegración espontánea de núcleos pesados Inestables. La radiactividad es una propiedad característica del núcleo, si una sustancia radiactiva reacciona químicamente con otra, la radiactividad permanece. Desintegración Radiactiva Radiación α Radiación β Radiaciónγ (Ondas electromagnéticas de (Núcleos de He) (e-) alta frecuencia)
  • 38. INTRODUCCIÓN RADIOACTIVA DESINTEGRACIÓN Desintegración α: Se presenta en los núcleos de elementos con un número atómico muy grande. Desintegración β: Es propia de núcleos que tienen muchos nucleones . El electrón emitido no está en el interior del núcleo sino que se origina de la siguiente forma: 𝒏 𝟎 → 𝒑+ + 𝒆− + 𝒗 Desintegración γ: Un núcleo excitado pasa al estado fundamental emitiendo radiación electro_ magnética. nota: Al igual que ocurre en la corteza atómica con los electrones ,los protones y neutrones se encuentran en los núcleos en determinados niveles energéticos, cuando están en otros niveles de mayor energía se dice que el núcleo está excitado. Un núcleo vuelve a su estado fundamental emitiendo energía en forma de onda electromagnética, igual a la diferencia de energía existente entre un nivel y otro. Las desintegraciones anteriores y las reacciones nucleares se escriben en forma de ecuación química. Ejemplo: La desintegración de uranio 𝟐𝟑𝟖 𝐔 cuando emite una partícula α: 𝟗𝟐 𝟐𝟑𝟖 𝟐𝟑𝟒 𝟒 𝟗𝟐 𝐔→ 𝟗𝟎 𝐓𝐡 + 𝟐 𝐇𝐞
  • 39. INTRODUCCIÓN En una reacción nuclear se cumple lo siguiente: • El número de nucleones se conserva: La suma de los superíndices de los núcleos situados a la izquierda de la flecha debe ser igual a la suma de los que se encuentran a la izquierda. • La carga se conserva: El subíndice de la representación simbólica de un núcleo indica su carga por tanto la suma de los subíndices de la izquierda debe ser igual a la suma de los de la derecha. • También se conservan la masa ,energía y cantidad de movimiento. Ejemplo: En la siguiente desintegración: 𝟐𝟑𝟖 𝟐𝟑𝟒 𝟒 𝟗𝟐 𝐔→ 𝟗𝟎 𝐓𝐡 + 𝟐 𝐇𝐞 • Se conservan los nucleones: 238=234+4 • Se conserva la carga: 92=90+2
  • 40. INTRODUCCIÓN Leyes de Soddy Cuando un núcleo radiactivo se desintegra ,emite radiaciones alfa, beta y gamma y se convierte en otro núcleo diferente del original .Las leyes de Soddy o del desplazamiento radiactivo permiten deducir el núcleo formado. • Desintegración α: • Desintegración β: • Desintegración γ:
  • 42. INTRODUCCIÓN Leyes de Soddy Desintegración β:
  • 44. INTRODUCCIÓNDesintegración y Semivida. Velocidades de • Los radionúclidos tienen estabilidades diferentes y se desintegran a velocidades diferentes. • Algunos de desintegran casi completamente en una fracción de segundo y otros después de millones de años. • Las velocidades de todas las desintegraciones radiactivas son independientes de la temperatura y siguen una cinética de primer orden. Donde Si designamos una variable N como el numero de A :es la cantidad de desintegraciones por unidad de tiempo obtenemos: radionúclido de interés en la desintegración. a :es el coeficiente El tiempo de vida medio o semivida: es el tiempo estequiométrico en necesario para que reaccione la mitad de la desintegraciones radiactivas es muestra original. siempre igual a la unidad Para una cinética de primer orden: porque cada átomo se desintegra de forma independiente.
  • 48. Uso de los radionúclidos INTRODUCCIÓN Datación radioactiva Usos Médicos Usos Agrícolas Usos Industriales • Trazadores radiactivos Técnica del 14C (solo se usa para datación de • Determinación de la objetos de menos de Precisión en la fabricación 50 000 años • Radiación de Cobalto (tratamiento de tumores) Transmutación Artificial • Trazadores radiactivos De nuevos elementos Rayos γ • Conservación de alimentos • Sustitutivo del DDT
  • 49. INTRODUCCIÓN Uso de los radionúclidos
  • 50. INTRODUCCIÓN Uso de los radionúclidos Familias Radiactivas.
  • 51. INTRODUCCIÓN Uso de los radionúclidos
  • 58. INTRODUCCIÓN Evolución Histórica. • El desarrollo de la Física Nuclear ocurrió con mucha velocidad en la década de 1930. • James Chadwick 1932: descubrimiento del neutrón • Se estudian los efectos de la exposición de varios núcleos a los neutrones. Enrico Fermi y colaboradores ( Italia) (Fermi 1938 Nobel descubrimiento de la emisión β) • A continuación se hizo uso de esta técnica para aumentar el numero atómico y producir elementos transuránicos. • Hahn (Premio Nobel de química en 1944) y Strassmann advirtieron la existencia de la fisión inducida por neutrones, una reacción exoenergética que, al existir la posibilidad de reacción en cadena, se convirtió en una reacción que tiene aplicaciones practicas como fuente de energía y que posibilito la realización de reactores de fisión. • Cuando a principios de 1939 se verifico que se emitían neutrones en el proceso de fisión, y que al parecer eran suficientes como para mantener una reacción en cadena en una “pila” de uranio y gr´afito1. Este trabajo fue liderado por Fermi, que se traslado a los Estados Unidos, y culmino en el desarrollo del primer reactor nuclear operativo, el 2 de Diciembre de 1942, en Chicago.
  • 59. INTRODUCCIÓN Evolución Histórica. • Debido al momento en el produjo el desarrollo de la fisión nuclear los primeros objetivos fueron de carácter bélico, como la producción de plutonio-239 (239Pu), que era considerado un material apropiado para una bomba de fisión. • El primer uso de reactores nucleares para producción de energía fue desarrollado por la U.S. Navy para sus flotas de submarinos en 1953. • EL primer reactor “civil” se construyo en Shippingport, Pennsylvania y se puso en funcionamiento en 1957. Tenía una capacidad inferior a 100MW y era un reactor de agua ligera. • A partir de este momento se produjo un rápido crecimiento en el numero de reactores operativos, en 1960 ya se encontraban en funcionamiento 14 reactores en los Estados Unidos. • En noviembre de 2003 estaban operativos 440 reactores nucleares para la producción eléctrica, con una capacidad total de 360 GWe.
  • 60. Fisión nuclear Cuando un núcleo se fisiona se divide en varios fragmentos más pequeños. Estos fragmentos, o los productos de la fisión, son aproximadamente la mitad de la masa original. Dos o tres neutrones también se emiten. La suma de las masas de estos fragmentos es menor que la masa original. Esta masa ' que falta ' (cerca de 0,1 por ciento de la masa original) se ha convertido en energía según la ecuación de Einstein. La fisión puede ocurrir cuando un núcleo de un átomo pesado captura un neutrón, o puede suceder espontáneamente.
  • 61. Fisión nuclear Reacción en cadena: Una reacción en cadena se refiere a un proceso en el cual los neutrones liberados en una fisión producen una fisión adicional en por lo menos un núcleo más. Este núcleo nuevamente produce neutrones y la repetición del proceso. El proceso puede ser controlado (energía atómica) o incontrolado (las armas nucleares). Si cada neutrón produce dos más neutrones, entonces el número de fisiones se dobla cada generación. En ese caso, en 10 generaciones hay 1024 fisiones y en 80 generaciones cerca de 6 x 10 23 fisiones (un mol).
  • 62. Fisión nuclear controlada. Para mantener una reacción controlada mantenida, por cada 2 o 3 neutrones producidos, solamente uno se debe permitir chocar con otro núcleo de uranio. Si esta relación de transformación es menor de uno entonces la reacción morirá; si es mayor de uno crecerá incontroladamente (una explosión atómica). Las reacciones nucleares se controlan por un material absorbente de neutrones, tal como grafito.
  • 63. Uranio y Plutonio. Uranio Mineral Los científicos sabían que el isótopo más común, uranio 238, no era conveniente para un arma nuclear. Hay una probabilidad bastante alta de que un neutrón incidente sea capturado para formar uranio 239 en vez de causar una fisión. Sin embargo, el uranio 235 tiene una alta probabilidad de fisión. Del uranio natural, solamente 0,7% es uranio 235. Esto significó que se necesitaba una gran cantidad de uranio para obtener las cantidades necesarias del uranio 235. Además, el uranio 235 no se puede separar químicamente del uranio 238, puesto que los isótopos son químicamente similares. Hubo que desarrollar métodos alternativos para separar los isótopos. Éste fue otro problema que los científicos del proyecto Manhattan tuvieron que solucionar antes de que la bomba pudo construirse. La investigación también había predicho que el plutonio 239 tendría una alta probabilidad de fisión. Sin embargo, el plutonio 239 no es un elemento que exista naturalmente y tendría que ser fabricado. Los reactores
  • 64. Energía obtenida por la fisión de un núcleo. 𝟐𝟑𝟓 𝟗𝟐 𝐔 + 𝐧 𝟎 → 𝐅𝐢𝐬𝐢ó𝐧 + 𝟑 𝐧 𝟎 + 𝟐𝟎𝟎𝐌𝐞𝐕 • 165 MeV Energía Cinética de los Productos de Fisión. • 7 MeV Rayos Gamma. • 6 MeV Rayos Gamma emitidos por los productos de fisión. • 6 MeV Energía de los Productos de Fisión. • 9 MeV Antineutrinos. • 200 MeV Total 1MeV =1609 * 𝟏𝟎−𝟏𝟑 𝑱𝒐𝒖𝒍𝒆𝒔.
  • 65. Mecanismo Físico y reacciones de Fisión. La fisión tiene resultado en principio por la competencia entre las fuerzas coulombianas y nucleares en los núcleos pesados. La energía de ligadura debida a la fuerza nuclear crece aproximadamente en proporción a A , mientras que la fuerza de repulsión coulombiana entre los protones crece mas rápido, como 𝐙 𝟐 . Si pensamos en los núcleos pesados vemos que estos se encuentran muy cerca del extremo de la barrera de potencial, el potencial coulombiano es entonces muy fino y fácil de atravesar. La fisión ocurre entonces de forma espontánea . Veamos un ejemplo: 𝟐𝟑𝟖 𝟗𝟐 𝐔 + 𝐧 𝟎 → 𝟐 𝟏𝟏𝟗 𝐏𝐚 𝟒𝟔 En este caso el núcleo de uranio se escinde en dos núcleos que tendrán aproximadamente la mitad del numero másico. Como la energía por nucleón de uranio es aproximadamente de 7.6 MeV y la energía por nucleón del paladio es de 8.5 MeV, hacemos un balance energético: ∆𝐄 = 𝐄 𝐢𝐧𝐢𝐜𝐢𝐚𝐥 − 𝐄 𝐟𝐢𝐧𝐚𝐥 ≅ 𝟐𝟑𝟖 𝟖, 𝟓 − 𝟕, 𝟔 = 𝟐𝟏𝟒 𝐌𝐞𝐕 La reacción es exotérmica, deprendiéndose 214 MeV, que aparece en su mayoría (80 %)en forma de energía cinética de los fragmentos desprendidos. El hecho de que le desintegración por fisión sea posible no quiere decir sea probable; en el caso del 𝟐𝟑𝟖 𝐔 es 𝟗𝟐 mucho más probable una desintegración α.
  • 66. Mecanismo Físico y reacciones de Fisión. 𝟐𝟑𝟖 𝟗𝟎 𝟏𝟒𝟓 𝟗𝟐 𝐔→ 𝟑𝟓 𝐁𝐫 + 𝟑𝟓 𝑳𝒂 + 𝟑𝒏 𝑲𝒇 = 𝟑 ∗ 𝟏𝟎−𝟐𝟒 𝒔−𝟏 𝟐𝟑𝟖 𝟐𝟑𝟒 𝟗𝟐 𝐔→ 𝟗𝟎 𝐓𝐡 +∝ 𝐊 ∝= 𝟓 ∗ 𝟏𝟎−𝟏𝟖 𝒔−𝟏 La fisión espontanea representa por tanto una fracción 6 × 10−7 de los casos. La fisión no se convierte en un proceso de desintegración significativo hasta que trabajamos con núcleos de masa superior a 250 u.m.a. En la figura 1 podemos observar como para los elementos de masa cercana a la del uranio el balance energético es positivo al fisionarse en dos elementos cuya masa sea aproximadamente la mitad. Como ya hemos visto en el ejemplo y en la grafica 1 la fisión espontanea es posible pero poco probable. Si deseamos qué esta tenga lugar debemos de activar la fisión, bombardeando el núcleo pesado con neutrones térmicos, que son neutrones con una energía cercana a 0.025 eV (el equivalente de kT para la temperatura ambiente). La reacción típica es: 𝟐𝟑𝟓 𝟗𝟑 𝟏𝟒𝟏 𝒏+ 𝟗𝟐 𝐔→ 𝟑𝟕 𝐑𝐛 + 𝟓𝟓 𝑪𝒔 + 𝟐𝒏
  • 67. Mecanismo Físico y reacciones de Fisión. Se da la circunstancia de que el 236U que se forma tras la captura electrónica tiene una energía de excitación; Eexc = 6, 5MeV , que es superior a la energía de excitación necesaria para superar la barrera de fisión, que es de Ef = 6, 2MeV . En la figura2 observamos la variación de la energía de fisión con el numero másico y podemos ver que para núcleos con A 300 se convierte en el efecto dominante.
  • 68. Reacciones de Fisión Controlada. Consideremos una cantidad grande de uranio, que de momento asumiremos tiene la composición normal (0,72% 235U, 99,28% 238U). Un proceso aislado de fisión producirá, en promedio, 2.5 neutrones. Cada uno de estos neutrones de segunda generación será capaz de producir otra fisión que seguirá produciendo neutrones y así sucesivamente. Cada una de estas reacciones desprende aproximadamente 250MeV. Definiremos el factor de reproducción de neutrones k1, este factor da el numero de neutrones térmicos pasan de una reacción a la otra. Para que una reacción en cadena tenga continuidad es necesario que k1 >=1. Aunque que tenemos una media de 2.5 neutrones emitidos por fisión, son neutrones rápidos, para los que sabemos que la sección eficaz es pequeña. Es por tanto ventajoso moderar la velocidad de estos hasta llegar a la velocidad térmica. En este proceso de frenado los 2.5 neutrones emitidos pueden llegar a ser menos que uno. La mejor forma de frenar los neutrones con conexiones elásticas con núcleos ligeros, a los cuales los neutrones transfieren mucha energía. La elección más popular como moderador es carbón en forma de bloques de grafito. Una estructura de bloques de uranio alternado con bloques de grafito es lo que se llama pila 4. Esta pila tendrá tres estados posibles: • 𝐾∞ = 1, 𝑀𝑎𝑠𝑎 𝑐𝑟í𝑡𝑖𝑐𝑎 𝑟𝑒𝑎𝑐𝑐𝑖ó𝑛 𝑒𝑛 𝑐𝑎𝑑𝑒𝑛𝑎 . • 𝐾∞ <1 , masa Subcrítica (se apaga la reacción). • 𝐾∞ >1, Masa Supercrítica(Explosión nuclear)
  • 71. Bomba atómica. Por "fisión" o división, es como se produjo la Bomba Atómica, de uranio que estalló en Hiroshima en 1945: Se produce bombardeando el núcleo con electrones en el "ciclotrón", produciendo la división del núcleo, con la consiguiente desintegración del átomo, y la "reacción en cadena" la cual si no es controlada se produce una bomba atómica que produce la desintegración de los átomos vecinos casi instantáneamente pueden estallar trillones de átomos bombardeados por los neutrones liberados en las explosiones de sus respectivos vecinos. CICLOTRÓN: Acelerador de partículas o quebrador de núcleos. Consiste en dos electrodos huecos en forma de D, evacuados Entre dos polos de un electroimán. Aunque muchos de los detalles de la construcción de explosivos de fisión son secretos, basándonos en las dimensiones físicas conocidas podemos estimar que el material fisible ocupa una esfera de unos 10cm de diámetro y tiene por tanto una masa de unos 10Kg.
  • 72. Esencialmente, el diseño de esta bomba consistió en un cañón que encendió una masa del uranio 235 en otra masa del uranio 235, creando así una masa supercrítica. Un requisito crucial era que los pedazos sean reunidos en un tiempo más corto que el tiempo entre fisiones espontáneas. Una vez Bomba tipo Little Boy (Hiroshima) que los dos pedazos de uranio se reúnan, el iniciador introduce una explosión de neutrones y la reacción en cadena comienza, continuando hasta que la energía entregada llega a ser tan grande que la bomba simplemente explota. . Los efectos de una explosión son de varias categorías: • La explosión en sí. • La radiación en forma de calor (bola de fuego). • La radiación nuclear directa. Bomba tipo implosión Posterior a la II G.M. • La radiación nuclear indirecta.
  • 73. Bomba atómica. EXPLOSIÓN: La explosión directa de una arma nuclear puede considerarse como un frente de onda esférico que se expande rapidamente transportando un súbito incremento y descenso inmediatamente posterior de la presión de aire. La densidad de energía de esta onda esférica 1 decrece como 𝑟 2, pero incluso a la distancia de un kilometro de una explosión de 20 kilotones, el incremento en la presión es del orden de una atmósfera, suficiente como para destruir edificios de ladrillos. A dos kilómetros la presión solo es de unas 0.25 atmosferas, suficiente como para destruir edificios de madera y para lanzar escombros a unos 150 km/h. 1 RADIACIÓN DE CALOR: La radiación de calor también decrece como 𝑟 2 por ser una onda, pero además también decrece exponencialmente debido a la absorción de la atmosfera. A dos kilómetros de nuestra explosión de 20 kilotones, la onda de calor (que tarda unos dos segundos en llegar después de la explosión) es suficiente como para provocar quemaduras de tercer grado e incendiar materiales inflamables como la madera y la ropa. Un efecto indirecto de la gran cantidad de fuegos producidos por esta radiaciones la “tormenta de fuego”, en la que el calor producido por los fuegos crea un viento raso que incrementa la intensidad y propagación de los incendios. (Este efecto también se da en los bombardeos masivos con armas convencionales)
  • 74. Bomba atómica. 1 RADIACIÓN NUCLEAR DIRECTA: Son neutrones y que también decrecen como 𝑟 2 y exponencialmente, y la distancia en la que se recibirían dosis letales de radiación es aproximadamente la misma a la que se reciben daños letales por explosión o quemadura. Incluso las dosis más pequeñas recibidas a mayores distancias pueden tener efectos a largo plazo, que incluyen el aumento de casos de cáncer, leucemia y malformaciones. RADIACIÓN NUCLEAR INDIRECTA: Los productos radiactivos de la fisión son vaporizados en la explosión y caen al suelo como una lluvia radiactiva. Parte de este material puede ser transportado, como una nube de vapor, a gran altura en la atmosfera. Esta “nube” de radiactividad puede circular en la parte superior de la atmosfera durante un año o más y gradualmente vuelve a caer al suelo. Algunos productos de poca vida media se desintegran durante ese tiempo, pero otros como el isotopo 90Sr permanecen aún. Este isotopo es especialmente peligroso porque al ser químicamente similar al calcio se concentra en los huesos y produce cáncer óseo.
  • 75. Bomba atómica. • Segunda Guerra Mundial(1945) la guerra en Asia y en Pacífico se caracterizó por la férrea defensa que tuvieron los japoneses. • El 5 de abril, la Unión Soviética declaró inválido el Pacto de Amistad que tenía con Japón, entrando en guerra con ese país, ya virtualmente vencido. • El 6 de agosto, la aviación estadounidense lanzó la primera bomba atómica sobre la ciudad japonesa de Hiroshima, destruyendo totalmente la población causando más de cien mil víctimas. • El 8 de agosto fue arrojada sobre Nagasaki otra bomba atómica, de efectos aún más destructores que la primera. L • os gobernantes japoneses, anonadados por la magnitud de tales desastres, solicitaron la paz el 15 de agosto. • El 2 de septiembre, a bordo del acorazado estadounidense Missouri, fondeado en la bahía de Tokio, Japón firmó su rendición incondicional. La bomba de Nagasaki con una potencia de 21 kilotones de dinamita generó niveles de explosión y calor que no pueden compararse con las producidas por las armas convencionales. Además del feroz viento de la explosión y el calor radiado, se liberó radiación. Se piensa que de toda la energía producida fueron 50% de explosión, 35% de calor y 15% de radiación.
  • 76. Bomba atómica. Tabla resumen impacto de bombas Atómicas.
  • 77. Bomba atómica. Aparte de todos los que murieron con la explosión misma, los efectos de la bomba atómica no quedaron ahí. La caída de la bomba crea otros peligros : La lluvia que sigue a cualquier explosión atómica, está cargada de partículas radiactivas y muchos sobrevivientes a las explosiones en Hiroshima y Nagasaki, sucumbieron al envenenamiento causado por esa radiación. También se habla de lesiones oculares, problemas hepáticos, problemas epidémicos, lesiones en los aparatos genitales, etc. (Por las altas temperaturas, vientos huracanados y la cantidad de energía que poseía la bomba) Hubo mucha gente que moría años después del incidente. Gente que, según lo cerca que estaba del epicentro del desastre había quedado señalado por la radiación. Caída del cabello por Los que estaban más cerca del epicentro no La exposición a la lluvia tardaron mucho en morir, pero también es radiactivo verdad que los más "afortunados" tuvieron que malvivir durante años, con llagas, quemaduras y demás, hasta que les llegó la hora. La detonación tiene también otro efecto letal escondido, que afecta a las generaciones futuras de todos los que la sobreviven. La leucemia está entre las mayores afecciones que son transmitidas a los descendientes de los supervivientes.
  • 78. Proyectiles de Uranio empobrecido
  • 79. ARMAMENTO NUCLEAR(Balas de Uranio Empobrecido) Estreno: *Guerra del Golfo *En 1991 Pero a la par que tiene formidables *Estados Unidos Bala de plata: considerado el capacidades bélicas, el uranio campeón de las municiones. empobrecido es responsabilizado *Alta densidad. por temibles efectos ambientales. *Bajo coste. Permite a un tanque disparar Se considera 40 por ciento desde lejos con un imponente menos radioactivo que el poder de penetración y uranio natural, pero de mantenerse fuera del fuego similar toxicidad química. enemigo. Richard Muller, profesor del Departamento de Física de la Universidad de Berkeley, California: Al impactar el objetivo, el uranio empobrecido no sólo no explota como en el caso del tungsteno (también utilizado en proyectiles), sino que arde nuevamente al atravesar el blanco e incrementa así su poder destructivo..
  • 80. ARMAMENTO NUCLEAR(Balas de Uranio Empobrecido)
  • 81. ARMAMENTO NUCLEAR(Balas de Uranio Empobrecido) El uranio empobrecido (o desgastado) es un subproducto del proceso de enriquecimiento al que se somete al metal con el fin de producir combustible para reactores nucleares y componentes de armas atómicas. Los iraquíes culpan al metal por la infertilidad de sus tierras y el incremento en índices de cáncer, leucemia infantil, abortos y malformaciones entre la población, mientras que los veteranos de guerra estadounidenses consideran que es la causa del llamado Síndrome del Golfo, una misteriosa serie de enfermedades crónicas. ”No fui advertido sobre el uranio empobrecido, ni sobre sus potenciales riesgos”, dijo a Tierramérica Doug Rokke, doctor en física de la salud, quien asegura ser víctima del Síndrome del Golfo, expresado en daños a su sistema respiratorio y renal, y problemas de visión. Rokke, miembro del Comando de Medicina Preventiva de la Armada estadounidense, fue enviado a la guerra del Golfo Pérsico en 1991 con una sola consigna: que sus tropas regresaran con vida. Tenía la tarea de preparar a los soldados para responder a un posible ataque nuclear, biológico y químico. Sin embargo, afirma, su propia salud resultó comprometida. "El riesgo de exposición es por la toxicidad química y no por radiación", dijo a Tierramérica Steve Fetter, catedrático de la estadounidense Universidad de Maryland y experto en armas nucleares y radiológicas. Cuando el metal arde, luego de penetrar su objetivo, se producen óxidos de uranio, poco solubles en agua o en fluidos corporales, señaló Fetter. Estos pueden permanecer en el aire en altas concentraciones y ser inhalados por personas en el sitio del ataque. También se mantienen en el suelo y pueden contaminar a través de la ingestión (niños jugando con tierra o arena, por ejemplo).
  • 82. ARMAMENTO NUCLEAR(Balas de Uranio Empobrecido) Según el Pentágono (Departamento de Defensa de Estados Unidos), las fuerzas estadounidenses dispararon durante la operación Tormenta del Desierto 320 toneladas de municiones desde sus aviones A-10, unas 50 toneladas desde los tanques M1-Abrams y once toneladas desde tanques y aviones AV-8, el mismo tipo de armamento presente esta vez en Iraq, sólo que con mucho mayor poder de fuego El uranio empobrecido fue usado en los Balcanes, en la década pasada. Un informe del Parlamento Europeo estima que se dispararon alrededor de tres toneladas de uranio desgastado en Bosnia y 10 toneladas en Kosovo en ataques aire-tierra. El Pentágono reconoce que durante la guerra del Golfo, el uranio desgastado podría haber entrado al organismo de soldados expuestos por inhalación de óxidos, ingestión del polvo o heridas causadas por fragmentos del metal que salen disparados dado el impacto del proyectil
  • 83. ARMAMENTO NUCLEAR(Balas de Uranio Empobrecido)
  • 84. El Reactor de Fisión Nuclear.
  • 85. El reactor en una planta de energía nuclear hace lo mismo que hace una caldera en una planta de combustibles fósiles - que produce calor. Las partes básicas de un reactor son el núcleo, un moderador, las barras de control, un refrigerante, y el blindaje. El núcleo de un reactor contiene el combustible de uranio. Para un reactor de agua ligera El Reactor de Fisión Nuclear Las grandes plantas generadoras eléctricas que proporcionan la con una potencia . de 1.000 megavatios, el núcleo podría mayor parte de nuestra electricidad todo el trabajo en el mismo contener alrededor de 75 toneladas principio - son motores gigantes de vapor. Las centrales eléctricas de uranio encerrados en utilizan el calor suministrado por un combustible para hervir agua y aproximadamente 200 conjuntos de producir vapor, que mueve un generador para producir combustible. electricidad. Una planta de generación de combustible, ya sea que lo es el carbón, gas, petróleo o uranio, calienta el agua y la convierte en vapor. La presión del vapor hace girar las aspas de un ventilador gigante de metal giratorio llamado una turbina. Eso turbina hace girar el eje de un generador enorme. En el interior del generador, rollos de alambre y campos magnéticos interactúan - y la electricidad se produce. http://www.lapizarradeyuri.com/2010/11/14/asi-funciona-una-central-nuclear/
  • 86. Los neutrones producidos por fisión está viajando a gran velocidad, y en la mayoría de los reactores, están deliberadamente frenado por un material conocido como un moderador . Neutrones lentos son mucho más probable, cuando chocan con los núcleos de U-235, para causar una fisión y mantener la reacción va. Un moderador se compone de átomos de luz y los materiales más El Reactor de Fisión Nuclear. comúnmente utilizados son el carbono en forma de grafito, y agua. Blindaje , normalmente hecho de acero y el Fisiones que se hormigón alrededor de dos metros de espesor, producen en el es una carcasa exterior que impide que la reactor de generar radiación se escape hacia el medio ambiente. una cantidad enorme de calor. Un Para un control más preciso de la reacción en líquido o cadena, las barras de control se insertan en el gas refrigerante lleva núcleo del reactor. Empuja hacia adentro, que el calor lejos del absorben neutrones y ralentizar la reacción - reactor a una caldera se retiró a que permiten acelerar de nuevo. De de vapor, donde se este modo, la reacción en cadena se controla. hace.
  • 87. Elementos de un reactor nuclear El Reactor de Fisión Nuclear. Rodea al Reflector: Moderador: Blindaje: Evita fugas núcleo y evita la Combustible: Termalizar los del material perdida de Material fisionable neutrones radiactivo electrones y tamaño crítico Refrigerante: enfría Sistema de Emergencia el núcleo y Control
  • 88. Tipo de combustible: Los combustibles más usados son el uranio natural (0,72%235U), el uranio enriquecido ( 0,72%235U), 239Pu y 233U. Estos dos últimos combustibles se obtienen químicamente, con convertidores o productores. El uranio enriquecido, que es el combustible más usado para reactores generadores de energía, se produce en grandes cantidades usando procesos que explotan la pequeña diferencia de masa entre el 235U y el 238U. Uno de estos procesos es la difusión gaseosa; en la que se hace pasar UF6 gas a través de una barrera porosa. El coeficiente de difusión de un gas es inversamente proporcional a la raíz cuadrada de su masa y entonces el isotopo más ligero fluir 'a más rápido. El enriquecimiento que se obtiene al atravesar la barrera es de un 0,4% relativo, para poder obtener uranio enriquecido hay que El Reactor de Fisión Nuclear realizar el proceso miles de veces. . Moderador: Las características del moderador ideal son: 1. Ser barato y abundante. 2. Ser químicamente estable. 3. Tener masa cercana a uno. (Para absorber la energía máxima al colisionar con los neutrones) 4. Ser líquido o sólido. (Densidad alta) 5. Tener sección eficaz de captura neutrónica baja. El carbón en forma de grafito satisface las condiciones 1, 2, 4 y 5, y se puede compensar el que la perdida de energía por choque sea
  • 89. relativamente pequeña aumentando la cantidad de moderador. El agua normal satisface 1, 2, 3 y 4 pero los protones del agua tienen una gran sección eficaz de absorber a los neutrones : (n + p d + γ ). El agua pesada (D2O) tiene una sección eficaz pequeña para la captura electrónica, pero cuando tiene lugar la captura se produce tritio, que es radioactivo y muy peligroso. Los reactores moderados con agua pesada pueden usar uranio natural como combustible, los de agua común sin embargo necesitan uranio enriquecido, porque absorben más neutrones. Ensamblaje: Normalmente decimos que un reactor es heterogéneo cuando el moderador y el El Reactor de Fisión Nuclear combustible están separados en bloques y que es homogéneo cuando se encuentran mezclados. Los reactores homogéneos son más sencillos de analizar matemáticamente. que los heterogéneos, donde calcular el factor de utilización térmico y la probabilidad de escape de la resonancia es particularmente complicado. El refrigerante: es un elemento fundamental del reactor sin el cual el calor generado podría fundir el núcleo. En el diseño de reactores generadores de energía es de especial importancia la capacidad del refrigerante de transferir el calor eficientemente. Los materiales refrigerantes pueden ser gases (aire, CO2, helio) agua o otros líquidos, o incluso metales líquidos, que tienen gran capacidad calorífica. Debido a que el vapor tiene poca capacidad calorífica cuando usamos agua como refrigerante debemos de mantenerla a altas presiones (100 atmosferas) para que se mantenga líquida a altas temperaturas, estos son los llamados reactores de agua a presión. Para los reactores rápidos de producción se usa el sodio líquido como refrigerante, aunque tiene las desventajas de ser altamente corrosivo y de que se vuelve radioactivo debido a su gran sección eficaz de captura electrónica.
  • 90. Tipos de Reactor El Reactor de su uso Según Fisión Nuclear. Generación de Energía Investigación Conversión
  • 91. • Generadores de energía :son dispositivos para extraer la energía cinética de los fragmentos en forma de calor y transformándola en energía eléctrica, en la mayor parte de los casos haciendo hervir agua y llevando el vapor hasta las turbinas. Las consideraciones de diseño de los reactores están influidas por los factores termodinámicos de eficiencia de los dispositivos de calor tanto como por los factores de ingeniería nuclear. De hecho el ensamblaje del combustible supone una fracción pequeña de los costes del reactor, la mayor parte de los gastos están asociados al blindaje, el aislamiento y el equipo de generación eléctrico. Es por tanto más económico fabricar reactores grandes que varios reactores pequeños. El Reactor de Fisión Nuclear. • Reactores de investigación: en general se utilizan para producir neutrones para la investigación en áreas como la física del estado sólido o la propia física nuclear. Estos reactores suelen trabajar a bajos niveles de energía (1 - 10MW).
  • 92. • Convertidores: son reactores diseñados para convertir materiales no fisionables en otros que sí lo son bombardeándolos con neutrones térmicos. Las conversiones que se suelen dar son: 238 𝑈 → 239 𝑃𝑢 y 232 𝑇ℎ → 233 𝑈. En ambos casos la conversión implica la captura de un electrón seguida de dos desintegraciones β: 23 𝑚𝑖𝑛 238 239 239 𝑛+ 92 𝑈→ 92 𝑈 92 𝑁𝑝 + 𝛽 − + 𝑣 2,3 𝑑𝑖𝑎𝑠 239 239 92 𝑁𝑝 92 𝑃𝑢 + 𝛽 − + 𝑣 22 𝑚𝑖𝑛 232 233 233 𝑛+ 90 𝑇ℎ → 90 𝑇ℎ 91 𝑃𝑎 + 𝛽 − + 𝑣 27 𝑑𝑖𝑎𝑠 El Reactor de Fisión Nuclear 233 91 𝑃𝑎 233 92 𝑈 + 𝛽− + 𝑣 . Los isotopos como el 238U y 232Th que pueden transformarse en material fisible con neutrones térmicos son llamados isotopos fértiles. En principio es posible diseñar reactores en los que el valor de sea como mínimo 2. Si uno de los neutrones va a mantener la reacción en cadena y el otro va al material fértil, entonces tomando un 2 el reactor produce más material fisible que el que consume y entonces diremos que es un productor.
  • 93. Reactores Generadores de Energía El Reactor de Fisión Nuclear. LRW CANDU FBR HTGBR ADS BBMK RBMK
  • 94. LWR: Light Water Reactors (Reactores de Agua Ligera): Utilizan como refrigerante y moderador el agua. Como combustible uranio enriquecido. Los más utilizados son los BWR (Boiling Water Reactor o Reactores de Agua en Ebullición) y los PWR (Pressure Water Reactor ´o Reactores de Agua a Presión), estos últimos considerados en la actualidad como el estándar. (345 en funcionamiento en el 2001) El Reactor de Fisión Nuclear.
  • 95. CANDU: Canada Deuterium Uranium (Canadá Deuterio Uranio). Utilizan como moderador y refrigerante agua pesada. Como Combustible utilizan uranio natural. (34 en funcionamiento en el 2001). El Reactor de Fisión Nuclear.
  • 96. FBR : Fast Breeder Reactors (Reactores Rápidos Realimentados): Utilizan neutrones rápidos en lugar de térmicos para la consecución de la fisión. Como combustible utiliza plutonio y como refrigerante sodio liquido. Este reactor no necesita moderador. (4 en funcionamiento en el 2001) El Reactor de Fisión Nuclear.
  • 97. HTGR: High Temperatura Gas-cooled Reactor (Reactor de Alta Temperatura Refrigerado por Gas): Usa una mezcla de torio y uranio como combustible. Como refrigerante utiliza helio y como moderador grafito(34 en funcionamiento en el 2001) El Reactor de Fisión Nuclear.
  • 98. RBMK: Reactor Bolshoy Moshchnosty Kanalny (Reactor de Canales de Alta Potencia): Su principal función es la producción de plutonio, y como subproducto genera electricidad. Utiliza grafito como moderador y agua como refrigerante, usa uranio enriquecido como combustible y no puede recargarse en marcha. El reactor de Chernóbil era de este tipo.(14 en funcionamiento en el 2001) El Reactor de Fisión Nuclear.
  • 99. ADS: Accelerator Driven System (Sistema Asistido por Acelerador). Utiliza una masa Subcrítica de torio, en la que se produce la fisión solo por la introducción, mediante aceleradores de partículas, de neutrones en el reactor. Se encuentran en fase de experimentación, y una de sus funciones fundamentales será la eliminación de los residuos nucleares producidos en otros reactores de fisión. El Reactor de Fisión Nuclear.
  • 100. Fusión Nuclear. Las reacciones de fusión son aquellas que tiene lugar entre núcleos ligeros que se funden dando lugar a núcleos más pesados. Ya se vio al estudiar la curva de la energía de enlace1 de los núcleos que ´este es un proceso exoenergético. El problema es que para que la reacción tenga lugar, los núcleos deben vencer la barrera colombiana. Las reacciones de fusión son las que generan la energía solar (y del resto de estrellas). Se trata de otra vía para la obtención industrial de energía por procesos nucleares. Es ventajosa respecto de la fisión porque : • en la Tierra abundan los núcleos ligeros. • no se producen tantos residuos radiactivos de larga duración. El Reactor de Fisión Nuclear Pero también tiene la desventaja de que para que la reacción tenga lugar debe de disponerse de . energía para superar la barrera coulombiana. Veamos un ejemplo: Consideremos la fisión de dos núcleos de 20Ne para formar 40Ca. En el proceso tiene una Q de unos 20.7 MeV. Pero antes de que las fuerzas nucleares de los dos 20Ne puedan interactuar debemos colocarlos lo suficientemente cerca como para que sus distribuciones nucleares se solapen. En el momento en que sus superficies se tocan la repulsión coulombiana es de 21.2 MeV. Si queremos desarrollar una reacción nuclear entre dos 20Ne debemos darles 21.2 MeV y al final obtendremos 41.9 MeV. La ganancia es por tanto de factor dos. Acelerar un núcleo de 20Ne a 21.2 MeV contra un blanco fijo (otro 20Ne) es sencillo con un acelerador de iones pesados, pero la gran salida de energía quemaría este tipo de dispositivos. Otra alternativa para suministrar la energía necesaria para que se inicie la fusión es calentar un contenedor de gas neón hasta que la energía térmica sea lo suficientemente grande para que haya gran probabilidad de que dos núcleos choquen con 21.2 MeV.
  • 101. FUSIÓN NUCLEAR El Reactor de Fisión Nuclear.
  • 102. Este proceso se denomina fusión termonuclear, para que la energía media por molécula sea un medio de 21.2 MeV necesitamos KT = 7 MeV. Si la temperatura de una habitación es de kT = 0.025 MeV, así que este proceso requiere multiplicar la temperatura de una habitación por 3 x 108 . A pesar de estos inconvenientes le energía de fusión es objeto de una gran cantidad de investigación tanto para poder crear centrales de producción eléctricas operativas como para entender los procesos que tiene lugar en el Sol y el resto de las estrellas. El Reactor de Fisión Nuclear.
  • 103. Reacciones de Fusión Nuclear. Como ya hemos dicho en la introducción la fusión no es un proceso “natural” en la Tierra, en el sentido de que no se dan las condiciones necesarias para que se supere la barrera coulombiana. Pero una vez tenemos esa energía los procesos son sencillos, veamos los procesos más importantes: • Reacciones D-D: El Reactor de Fisión Nuclear. estas relaciones se llaman Deuterio-Deuterio y son las más elementales posibles porque 1 𝐻 +1 𝐻 4 𝐻 e + γ no es posible dado que el 2 𝐻𝑒 es inestable. • Reacciones D-T esta reacción también sirve como fuente de neutrones rápidos y una variante de ella si disponemos de 3 𝐻 𝑒 es:
  • 104. Esta reacción pertenece a la fusión que se está estudiando actualmente, y corresponde a la unión de un átomo de Deuterio y otro de Tritio (isótopos del hidrógeno). Como resultado, se forma un átomo de helio. ¿Son elementos abundantes? El deuterio se puede sacar del agua de los océanos. De forma concreta, por cada 500 litros de agua, se pueden extraer 10 gramos de deuterio. El tritio, lo obtendríamos del litio. (15 gramos de tritio por cada 30 de litio). Ambos son elementos que podemos considerar inagotables en la naturaleza. La razón por la que se trabaja con esta reacción específica, se debe a que necesita menor presión que la que tiene lugar en el núcleo solar. (Sería imposible simular esas condiciones de El Reactor de Fisión Nuclear presión). Por el contrario, debemos de aumentar la temperatura hasta 150 millones de grados o incluso más (¡135 millones más que el núcleo solar!) . Reacción de Fisión en el sol
  • 105. Materiales muy resistentes Reacción de Fusión El Reactor de Fisión Se encuentra en estudio ocurra Nuclear. La esencia del control de reacciones de fusión y el poder extraer de ellas energía útil es el ser capaces de calentar el combustible termonuclear a temperaturas del orden de 108K mientras que mantenemos una densidad alta durante el tiempo suficiente como para Muy altas temperaturas( 108 𝐾) que la cantidad de reacciones de fusión sea la suficiente para obtener las energías deseadas. A esas temperaturas los ´átomos se ionizan y tenemos por tanto que el combustible es una mezcla caliente de nubes de iones pasivos y electrones, siendo globalmente neutra. Esta configuración se llama plasma.
  • 106. Un gran problema es obviamente confinar el plasma, dado que el plasma intercambiaría energía con las paredes del recipiente que lo contenga fundiendo el recipiente y enfriándose el. En este momento se investigan dos métodos para confinar el combustible termonuclear: confinamiento magnético y confinamiento inercial. En el confinamiento magnético el plasma se aísla con un campo magnético especialmente diseñado. Los primeros modelos magnéticos, americanos, conocidos como Stellarator generaban el campo directamente en un reactor toroidal, con el problema de que el plasma se filtraba entre las líneas del campo. Los ingenieros rusos mejoraron este modelo dando paso al Tokamak El Reactor de Fisión Nuclear en el que un arrollamiento de bobina primario inducia el campo sobre el plasma, aprovechando que es conductor, y utilizándolo de hecho como un arrollamiento secundario. . Los dos proyectos más importantes a nivel mundial son el NIF (National Ignition Facility) en EE.UU. y el LMJ (Laser Mega Joule) en Francia. El NIF posee 192 láseres de neodimio vidrio de 1.8 MJ, emitiendo en una longitud de onda de 0.35 mm y con una duración de pulso de unos 16 nanosegundos. La producción de energía para aplicación civil es, de todos modos, un objetivo a largo o muy largo plazo para este tipo de instalaciones, que surgen para investigar y simular micro explosiones nucleares, para el uso comercial posiblemente se sustituirían los haces láser por haces de iones, que conseguirían un mayor rendimiento energético. Sección de un Tokamak.
  • 107. Es evidente que no podemos confinar un flujo de plasma a 150 millones de grados de cualquier forma. Primeramente las paredes del recipiente se desgastarían, el plasma se enfriaría y tendríamos que suministrarle muchísima más energía, de tal forma que ni tan si quiera se llegaría a la condición Break-Even en la que la ganancia de energía es igual a la energía suministrada al sistema. Expliquemos entonces la idea del confinamiento magnético. El Reactor de Fisión Nuclear. El confinamiento magnético, consiste en confinar el plasma girando en el interior del Tokamak e ir elevando su temperatura hasta que se produzca la fusión. Como se sabe, cuando circula una intensidad por una bobina, se genera un campo magnético a lo largo de su eje. Este campo magnético es idéntico al que se forma en el Tokamak. Según la ecuación de Lorenz, cuando una carga eléctrica en movimiento se ve afectada por un campo magnético aparece una fuerza sobre esta que modifica su trayectoria
  • 108. Para darle una mayor estabilidad a ese plasma giratorio, se le aplica una corriente de inducción a ese plasma mediante una columna que atraviesa el eje del Tokamak. De esta forma, igualmente que el secundario de un transformador, circulará una corriente eléctrica a lo largo del plasma. Esta corriente, inducirá un campo magnético poloidal a su alrededor y además, contribuirá a un primer calentamiento del plasma, que culminará con un calentamiento mediante radiación. Todo esto es posible gracias a que el plasma posee cargas eléctricas libres. El Reactor de Fisión Nuclear. Flujos magnéticos dentro del Tokamak. Quedan todavía muchos años de investigación, pero sin duda, en cuanto se llegue al resultado esperado, será el inicio de otra nueva revolución industrial. Estamos hablando de una fuente de energía prácticamente inagotable que, en unión con las demás fuentes de energías renovables, blindaría la futura necesidad energética para siempre. Nos olvidaríamos de la emisión de gases efecto invernadero, ya que lo único que emite este tipo de reactores es helio, que es un gas inerte sin ninguna repercusión ambiental.
  • 109. Armas Termonucleares. de los Estados Unidos y la URSS al comienzo de los años 50, los explosivos de fisión en los arsenales de ambas naciones fueron remplazados por armas termonucleares con una energía de explosión de unos dos o tres ordenes de magnitud mayores que las armas de fisión. Se pasa de las armas del rango del kilotón de energía (Hiroshima y Nagasaki) al megatón de energía. La mayor parte de los detalles de la construcción de armas termonucleares son secretos pero existen datos suficientes como para hacer observaciones generales acerca de su funcionamiento. Como punto de partida toda la discusión acerca de la temperatura de ignición del material fisionable es igualmente valida, y la única fuente rápida y móvil capaz de alcanzar esas temperaturas es una explosión nuclear. Por tanto un arma de fusión incluye un explosivo El Reactor de Fisión Nuclear de fisión como detonador. La radiación de la explosion de fisión es responsable . de calentar y comprimir el combustible termonuclear. El primer explosivo termonuclear uso una mezcla licuada de combustible, lo que requería un complicado sistema de refrigeración para conseguir y mantener las bajas temperaturas necesarias para licuar el hidrogeno. Las armas de hoy día usan litio solido como combustible, a base de isotopos separados Los efectos destructivos de las armas de fisión son análogos a los que hemos referido para las armas de fisión, solo que aumentando la distancia de destrucción´ a m´as de 10 km. Hoy día se estima que la potencia explosiva de las armas nucleares en conjunto es del orden de 1010 toneladas de TNT, lo que implica que si repartiésemos ese “explosivo” entre la población terrestre a cada ser humano le corresponderían dos toneladas de TNT.
  • 110. Bomba De Fusión. Las bombas de fusión consisten en la fusión de núcleos ligeros (isótopos del hidrógeno) en núcleos más pesados. La bomba de hidrógeno (bomba H), bomba nuclear de fusión o bomba termonuclear se basa en la obtención de la energía desprendida al fusionarse dos núcleos atómicos, en lugar de la fisión de los mismos. La energía se desprende al fusionarse los núcleos de deuterio (H21) y de tritio (H31), dos neutrones El Reactor de Fisión Nuclear isótopos del hidrógeno, para dar un núcleo de helio. La reacción en cadena se propaga por los de alta energía desprendidos en la . reacción. Para iniciar este tipo de reacción en cadena es necesario un gran aporte de energía, por lo que todas las bombas de fusión contienen un elemento llamado iniciador o primario, que no es sino una bomba de fisión. A los elementos que componen la parte fusionable (deuterio, tritio, etc) se le conoce como secundario. La primera bomba de este tipo se hizo estallar en Eniwetok (atolón de las Islas Marshall) el 1 de noviembre de 1952 con marcados efectos en el ecosistema de la región. La temperatura alcanzada en el "Punto Cero" (lugar de la explosión) fue de más de 15 millones de grados, tan caliente como el núcleo del Sol, por unos cuantos segundos. Literalmente vaporizó dicha isla.
  • 111. Bomba De Fusión. El Reactor de Fisión Nuclear.
  • 112. El Reactor de Fisión Nuclear. ACCIDENTES NUCLEARES
  • 113. Accidentes Nucleares. Accidentes Nucleares. Vandellós (Cataluña, España) Chernóbil (Ucrania) Fukushima (Japón) Cuando eran las 21:39 horas del El accidente nuclear día 19 de octubre de 1989 se El Reactor de Fisión Nuclear de Chernóbil ocurrió durante la noche del El 11 de marzo de 2011 , a las 14:46,se produjo un terremoto magnitud 9.0 en declaró un incendio en la central . nuclear de Vandellós I, que tuvo 25 al 26 de abril de la escala Richter, en la costa su inicio en el grupo turbo 1986 en el cuarto nordeste de Japón. Los alternador principal número dos reactor de la planta. motores diésel de del edificio de producción de emergencia para la energía eléctrica, a consecuencia Debido a un error generación de electricidad de un fallo mecánico generado humano. por la fisuración – detectable a comenzaron a funcionar normalmente, pero se través de revisiones de detuvieron abruptamente a mantenimiento con técnicas las 15:41 con la llegada del conocidas, ultrasónicas o tsunami que siguió al radiográficas terremoto.
  • 114. Accidente Nuclear de Chernóbil. El 25 de abril, a la una de la madrugada, los ingenieros iniciaron la entrada de las barras de regulación en el núcleo del reactor, refrigerado por agua y moderado por grafito (que pertenece al tipo que los soviéticos llaman RMBK-1000), para llevar a cabo una prueba planeada con anterioridad, bajo la dirección de las oficinas centrales de Moscú. La potencia térmica en este caso desciende normalmente de 3.200 a 1.600 MW. Hacia las 23 horas se habían ajustado los monitores a los niveles más bajos de potencia. Pero el operador se olvidó de reprogramar el ordenador para que se mantuviera la potencia entre 700 MW y 1.000 MW térmicos. Por este motivo, la potencia descendió al nivel, muy peligroso, de 30 MW. El Reactor de Fisión Nuclear . La mayoría de las barras de control fueron extraídas con el fin de aumentar de nuevo la potencia. Sin embargo, en las barras ya se había formado un producto de desintegración, el xenón, que “envenenó” la reacción. En contra de lo que prescriben las normas de seguridad, en una medida irreflexiva, se extrajeron todas las barras de control. El día 26 de abril, a la una y tres minutos, esta combinación poco usual de baja potencia y flujo de neutrones intenso, provocó la intervención manual del operador, desconectando las señales de alarma. A la una y 22 minutos, el ordenador indicó un exceso de radiactividad, pero los operadores decidieron finalizar el experimento, desconectando la última señal de alarma en el instante en el que el dispositivo de seguridad se disponía a desconectar el reactor.
  • 115. Accidente Nuclear de Chernóbil. Dado que los sistemas de seguridad de la planta quedaron inutilizados y se habían extraído todas las barras de control, el reactor de la central quedó en condiciones de operación inestable y extremadamente insegura. En ese momento, tuvo lugar un transitorio que ocasionó un brusco incremento de potencia. El combustible nuclear se desintegró y salió de las vainas, entrando en contacto con el agua empleada para refrigerar el núcleo del reactor. A la una y 23 minutos, se produjo una gran explosión, y unos segundos más tarde, una segunda explosión hizo volar por los aires la losa del reactor y las paredes de hormigón de la sala del reactor, lanzando fragmentos de grafito y combustible nuclear fuera de la central, El Reactor de Fisión Nuclear ascendiendo el polvo radiactivo por la atmósfera. . Se estima que la cantidad de material radiactivo liberado fue 200 veces superior al de las explosiones de Hiroshima y Nagasaki. El accidente nuclear fue clasificado como nivel 7 (“accidente nuclear grave”) en la Escala Internacional de Sucesos Nucleares (Escala INES) del OIEA, es decir, el accidente de peores consecuencias ambientales, y que sirve como referencia para proyectar y controlar los dispositivos y sistemas de protección de las instalaciones nucleares. Aunque el accidente tuvo lugar por un claro error humano, hay que tener en cuenta los factores sociales y políticos de la Unión Soviética en aquel momento. La falta de una estructura social democrática implicaba una ausencia de control de la sociedad sobre la operación de las centrales nucleares y de una “cultura de seguridad”. Posiblemente, el temor de los operadores
  • 116. Bomba DeNuclear de Chernóbil. Accidente Fusión. El comienzo de un incendio, que no se consiguió apagar hasta el 9 de mayo, aumentó los efectos de dispersión de los productos radiactivos, y la energía calorífica acumulada por el grafito dio mayor magnitud al incendio y a la dispersión atmosférica. De los productos radiactivos liberados eran especialmente peligrosos el yodo-131 (cuyo período de semidesintegración es de 8,04 días) y el cesio-137 (con un período de semidesintegración de unos 30 años), de los cuales, aproximadamente la mitad, salieron de la cantidad contenida en el reactor. Además, se estimó que todo el gas xenón fue expulsado al exterior del reactor. Estos productos se depositaron de forma desigual, dependiendo de El Reactor de Fisión Nuclear su volatilidad y de las lluvias durante esos días. . Los más pesados se encontraron en un radio de 110 km, y los más volátiles alcanzaron grandes distancias. Así, además del impacto inmediato en Ucrania y Bielorrusia, la contaminación radiactiva alcanzó zonas de la parte europea de la antigua Unión Soviética, y de Estados Unidos y Japón. En España, el Consejo de Seguridad Nuclear (CSN) detectó pequeñas cantidades de yodo-131 y cesio-137, por debajo de los límites aceptables de dosis de radiación, en las regiones mediterráneas y en Baleares.
  • 117. Bomba De Fusión.de Chernóbil. Accidente Nuclear Las consecuencias inmediatas del accidente sobre la salud de las personas fueron las siguientes: 237 personas mostraron síntomas del Síndrome de Irradiación Aguda (SIA), confirmándose el diagnóstico en 134 casos. 31 personas fallecieron durante el accidente, de las cuales, 28 (bomberos y operarios) fueron víctimas de la elevada dosis de radiactividad, y 3 por otras causas. Después de esta fase aguda, 14 personas más han fallecido en los diez años posteriores al accidente. Entre 600.000 y 800.000 personas (trabajadores especializados, voluntarios, bomberos, militares y otros) llamadas liquidadores, encargadas de las tareas de control y limpieza, El Reactor de Fisión Nuclear fallecidas en distintos períodos. 16.000 habitantes de la zona fueron evacuados varios días después del accidente, como . medida de protección frente a los altos niveles de radiación, estableciéndose una zona de exclusión en los territorios más contaminados, en un radio de 30 km alrededor de la instalación. 565 casos1 de cáncer de tiroides en niños fundamentalmente (de edades comprendidas entre 0 y 14 años) y en algunos adultos, que vivían en las zonas más contaminadas (208 en Ucrania, 333 en Bielorrusia y 24 en la Federación Rusa), de los cuales, 10 casos han resultado mortales debido a la radiación. Otros tipos de cáncer, en particular leucemia, no han registrado desviaciones estadísticamente significativas respecto a la incidencia esperada en condiciones normales.
  • 118. Bomba DeNuclear de Chernóbil. Accidente Fusión. Según la Agencia de Energía Atómica (NEA) de la OECD, los rangos de dosis de radiación, recibidos por los distintos grupos, fueron los siguientes: Liquidadores: del total de los liquidadores, unos 200.000 recibieron dosis variables desde 15 a 170 milisievert (mSv)3. Evacuados: las 116.000 personas evacuadas, la mayor parte de un radio de acción de la central de 30 km, recibieron dosis altas (el 10% más de 50 mSv y el 5% más de 100 mSv), especialmente en el tiroides por incorporación de yodo-131. La zona más evacuada fue Prypiat, a 2 km escasos de la central, convirtiéndose en una “ciudad fantasma” al abandonar la ciudad las 60.000 personas que vivían allí. El Reactor de Fisión Nuclear . Habitantes de las áreas contaminadas: alrededor de 270.000 personas continuaron viviendo en áreas contaminadas, de modo que los niños recibieron altas dosis en tiroides, debido a la ingestión de leche contaminada con yodo-131 durante las primeras semanas después del accidente. Tras el control de los alimentos, durante el período 1986-1989, el rango de dosis de cesio-137 en el suelo fue de 5 a 250 mSv/año, con una media de 40 mSv/año. Resto de la población: los materiales radiactivos volátiles se extendieron por todo el Hemisferio Norte, aunque las dosis recibidas por la población fueron muy bajas y carecen de importancia desde el punto de vista de la protección radiológica. Las dosis de radiación, durante el primer año, oscilaron en Europa entre 0,005 y 0,5 mSv, en Asia entre 0,005 y 0,1 mSv, y en el Norte de América fueron del orden de 0,001 mSv.
  • 119. Bomba DeNuclear de Chernóbil. Accidente Fusión. El Reactor de Fisión Nuclear.