1. Reseña histórica de la
automatización
Descubrimientos científicos de los años 40.
27/03/2012
Universidad Técnica Del Norte.
Eduardo Rojas
2. REACTOR NUCLEAR
Bases del Reactor Nuclear.
Principio de fisión nuclear.
Si las cargas eléctricamente iguales se repelen, ¿Qué hace que los protones del núcleo de un
átomo se encuentran unidos?
Existe una fuerza de atracción que actúa en distancias muy pequeñas de orden ,
denominada fuerza nuclear fuerte.
El científico Enrico Fermi practicó este experimento con el elemento de mayor número
atómico conocido; el uranio, dando paso a los elementos transuránicos.
Si dopamos un elemento como el oxigeno 18 con un neutrón mas, crearíamos un oxigeno 19
inestable, el átomo emite un electrón mas para estabilizarlo y convirtiéndolo en flúor 19.
Al mismo tiempo Otto Hahn en uno de estos experimentos científicos encontró un dato
curioso. Al dopar un núcleo de Uranio 92 con un protón la lógica les decía que sumaria el
protón, obteniendo así un núcleo de Uranio 93. Pero no fue así, y el resultado obtenido fue un
núcleo de Uranio 56 ¿Por qué? Es como si se golpeara una gran roca con un guijarro y esta se
partiera en dos.
Hahn se apoyo la científica Meitner, quien tuvo la primera idea de que el núcleo puedo
haberse partido en dos, y si los núcleos se repelen, estos deben tener mucha energía
concentrada en forma de velocidad, fuerza fue calculada en 200MeV. 1 mega-electrón volt =
1.60217646 × 10-13 joules.
Frisch, sobrino de Meitner, comento este proceso a Niel Bohr, quien avaluó el proceso y
pregunto si ya era público. En ese momento Frisch se puso en contacto con un biólogo
americano, a quien pregunto cómo se llamaba el proceso donde la célula se separa en dos, La
respuesta fue fisión, así que llamaron a este proceso fisión nuclear.
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3. Reacción en cadena.
En una fisión nuclear decimos que se un núcleo se rompe en dos o más pedazos, dichos
pedazos posteriormente serán nuevos núcleos o bien neutrones libres.
Como podéis observar, se obtiene un átomo de bario-142, uno de kriptón-91, 3 neutrones y una
energía de 210 MeV que se desprende en forma de radiación. Y fijaos: el núcleo de bario tiene
carga 56 y el de kriptón 36. Recordad que en una reacción química, la fuerza electromagnética
dependía de las cargas en el numerador, donde multiplicábamos 1 por 2 o 1 por 1 o similares:
ahora lo estamos haciendo con 56 por 36. La fuerza ha crecido en tres órdenes de magnitud: se
ha multiplicado por 1000. Pero no sólo eso. Esos pedazos han salido de la rotura del núcleo y
este último es 100.000 veces más pequeño que el átomo en sí, y las distancias que separan esos
pedazos son, por tanto, 100.000 veces menores que las habituales en una reacción química.
Además, al elevar al cuadrado la distancia, en proporción a la anterior, la fuerza es todavía
mucho mayor. Haciendo unos pocos números aproximados, la energía resultante de una fisión
nuclear aumenta en unos 10 millones de veces la energía de una reacción química habitual.
Pero no lo olvidéis, el principio es el mismo: la ley de Coulomb.
Este proceso donde el núcleo de un átomo se divide por acción de un neutrón, liberando otro
neutrón libre y generando el mismo proceso en otro átomo, y en otro, y en otro casi
simultáneamente se conoce como reacción en cadena.
El reactor nuclear.
La energía nuclear surgida como fuerza destructora y reducida a energía aprovechable, es un
instrumento inestable e impredecible.
La pila chicago número 1.- Fue el primer reactor nuclear, el cual pretendía controlar y
aprovechar la energía nuclear de una reacción en cadena.
En este punto es necesario aclarar que no todos los neutrones liberados en una reacción en
cadena puede ocasionar el proceso de fisión en el núcleo de otro átomo. Los neutrones que se
liberan son muy rápidos, y los neutrones que liberan una reacción en cadena son neutrones
lentos. Enrico Fermi en su búsqueda por controlar a estos neutrones rápidos utilizó grafito, el
mismo que cubría al metal de uranio, que a su vez estaba cubierto por oxido de uranio.
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4. En la creación de la pila numero 1 se utilizaron 22.000 discos de oxido de uranio, introducidos
en unos agujeros cubiertos por bloques de grafito. La pila contaba con un dispositivo de
control, que evitaba que la reacción en cadera se produjera espontáneamente, este
mecanismo contenía una barra de cadmio que adsorberá los neutrones, entonces mientras
estas barras se encontraban en la pila, no se produciría una reacción.
Las primeras pilas de producción de material las construyó la empresa Du Pont a la que Fermi
asesoró en su diseño. Por razones de seguridad se le conocía con el apodo de Mr. Farmer y se le
asignó un guardaespaldas para su protección. ¿Y de qué iba a hablar Fermi con su
guardaespaldas durante los largos ratos de paseo que le servían para desconectar de todo?
Pues está claro, ¿no? De física. Un día llegó a decir que mi guardaespaldas sabe tanto de física
que dentro de poco va a necesitar también él un guardaespaldas.
http://www.youtube.com/watch?v=X0vloPMDW8k
La bomba atómica.
En general una bomba es el resultado de un mecanismo químico que aprovecha las fuerzas de
repulsión de las moléculas, haciendo que estas aumenten cada vez más.
Toda la energía que libera una bomba atómica es producto de la fuerza electromagnética que
se produce por una reacción en cadena.
Esta fuerza puede ser calculada gracias a la ley de Coulomb.
Donde:
K = constante de proporcionalidad = ke = 8.987x109 Nm2/C2.
q1, q2 = cargas de los electrones
r = la distancia entre cargas.
Se había buscado una forma de producir una reacción uniforme y controlada, cuya potencia
pudiera aminorarse cuando se hiciera demasiado intensa. La posibilidad de control de la fisión
se basan en que algunas sustancias como el grafito, reducen la velocidad de los neutrones, y
otras, como el cadmio, los capturan y evitan que choquen contra los núcleos de los átomos
vecinos.
Luego utilizaron el plutonio, un material sintético transuránico para la reacción en cadena. En
este punto necesitaban separar los isotopos químicamente idénticos de plutonio, para lo cual
tenían un proceso electromagnético que separaba partículas con carga eléctrica en fusión de
sus masas. El propósito de esta separación era recolectar la mayor cantidad de isotopos ligeros
del plutonio y almacenarlos en un dispositivo que luego puede explotar.
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5. Esta misión se torno muy complicada debido a que los científicos que trabajan en el proyecto
Manhattan debían generar un dispositivo de implosión controlada. De donde nace el
dispositivo denominado Fat-Man, que hacia implotar dentro de una esfera trozos de plutonio.
A de más de este dispositivo se creó un segundo denominado Little-Boy, el mismo que era el
diseño terminado de la bomba de uranio.
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