física2 bach 13.4 reacciones nucleares. fisión y fusión
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13.4 REACCIONES NUCLEARES. FISIÓN Y FUSIÓN
¿Cómo reaccionan los núcleos unos con otros?
Física
A.23. Señalar las leyes de conservación que se cumplen en unareacción nuclear.
A.23. Señalar las leyes de conservación que se cumplen en unareacción nuclear.
Carga eléctrica (Z)
El número total de
nucleones A.
A.23. Señalar las leyes de conservación que se cumplen en unareacción nuclear.
Carga eléctrica (Z)
El número total de
nucleones A.
Energía
Cantidad de movimiento
Momento angular
A.23. Señalar las leyes de conservación que se cumplen en unareacción nuclear.
Energía
Cantidad de movimiento
Momento angular
Aplicarlas para escribir las siguientes reacciones:La transmutación del N-14 al bombardearlo con He-4, en la queRutherford observó la emisión de protones en 1919;El bombardeo de Be-9 con He-4, que condujo a Chadwick aldescubrimiento del neutrón en 1932.
Carga eléctrica (Z)
El número total de
nucleones A.
A.23. Señalar las leyes de conservación que se cumplen en unareacción nuclear.
14N + 4He1H + 17O
9Be + 4He0n +12C
Energía
Cantidad de movimiento
Momento angular
Aplicarlas para escribir las siguientes reacciones:La transmutación del N-14 al bombardearlo con He-4, en la queRutherford observó la emisión de protones en 1919;El bombardeo de Be-9 con He-4, que condujo a Chadwick aldescubrimiento del neutrón en 1932.
Carga eléctrica (Z)
El número total de
nucleones A.
A.24. ¿Tendrá lugar la reacción 13C + p n + 13N cuando la energía de los protones incidentes sea 2,0 MeV?
mn (13C) +mn (p)= 13,003355 + 1,007825 = 14,011180 umn (n) + mn (13N)=13,005739 + 1,008665 = 14,014404 u
A.24. ¿Tendrá lugar la reacción 13C + p n + 13N cuando la energía de los protones incidentes sea 2,0 MeV?
mn (13C) +mn (p)= 13,003355 + 1,007825 = 14,011180 umn (n) + mn (13N)=13,005739 + 1,008665 = 14,014404 u
Los productos tienen un exceso de masa de 0,0032244·931,5 = 3,0 MeV.
A.24. ¿Tendrá lugar la reacción 13C + p n + 13N cuando la energía de los protones incidentes sea 2,0 MeV?
mn (13C) +mn (p)= 13,003355 + 1,007825 = 14,011180 umn (n) + mn (13N)=13,005739 + 1,008665 = 14,014404 u
Esta reacción necesita energía y los protones de 2,0 MeV no tienen lanecesaria para que se produzca*
Los productos tienen un exceso de masa de 0,0032244·931,5 = 3,0 MeV.
A.24. ¿Tendrá lugar la reacción 13C + p n + 13N cuando la energía de los protones incidentes sea 2,0 MeV?
mn (13C) +mn (p)= 13,003355 + 1,007825 = 14,011180 umn (n) + mn (13N)=13,005739 + 1,008665 = 14,014404 u
Aunque la partícula incidente tenga energía suficiente, hay que tener encuenta que para provocar dicha reacción, es preciso acelerar haces deprotones en número muy superior a los que llegan a colisionar, con lo queen realidad se consume más energía que se libera en una transmutaciónnuclear.
Esta reacción necesita energía y los protones de 2,0 MeV no tienen lanecesaria para que se produzca*
Los productos tienen un exceso de masa de 0,0032244·931,5 = 3,0 MeV.
A.24. ¿Tendrá lugar la reacción 13C + p n + 13N cuando la energía de los protones incidentes sea 2,0 MeV?
mn (13C) +mn (p)= 13,003355 + 1,007825 = 14,011180 umn (n) + mn (13N)=13,005739 + 1,008665 = 14,014404 u
Para que la energía liberada en una reacción nuclear pueda aprovecharsees necesario que una vez iniciada pueda automantenerse
Aunque la partícula incidente tenga energía suficiente, hay que tener encuenta que para provocar dicha reacción, es preciso acelerar haces deprotones en número muy superior a los que llegan a colisionar, con lo queen realidad se consume más energía que se libera en una transmutaciónnuclear.
Esta reacción necesita energía y los protones de 2,0 MeV no tienen lanecesaria para que se produzca*
Los productos tienen un exceso de masa de 0,0032244·931,5 = 3,0 MeV.
1938, Otto Hann y Fritz Strassmann
Observaron que al bombardear Uranio con neutrones obtenían núcleos de menor tamaño, en ocasiones la
mitad.
1939, Enrico Fermi
Primera reacción de fisión
autocontrolada
¿Por qué sucede la fisión nuclear?Isótopos más estables aquellos cercanos al núclido Fe-56
¿Por qué sucede la fisión nuclear?Elementos pesados como el U-235, el Pu-239 pueden rompersecuando son bombardeados por neutrones en dos o más núcleosde masa intermedia
¿Por qué sucede la fisión nuclear?Elementos pesados como el U-235, el Pu-239 pueden rompersecuando son bombardeados por neutrones en dos o más núcleosde masa intermedia
La Eb/A del U-235 es de 7,6 MeV/nucleón
La Eb/A de los núcleos de masa intermedia es de 8,5 MeV/nucleón
¿Por qué sucede la fisión nuclear?Elementos pesados como el U-235, el Pu-239 pueden rompersecuando son bombardeados por neutrones en dos o más núcleosde masa intermedia
La Eb/A del U-235 es de 7,6 MeV/nucleón
La Eb/A de los núcleos de masa intermedia es de 8,5 MeV/nucleón
Se libera una energía de 0,9 MeV/nucleón
¿Por qué sucede la fisión nuclear?Como en el U hay 235 nucleones tendremos unos 200 MeV por
fisión.
¿Por qué sucede la fisión nuclear?Como en el U hay 235 nucleones tendremos unos 200 MeV por
fisión.
235U + 1n 235U*
¿Por qué sucede la fisión nuclear?Como en el U hay 235 nucleones tendremos unos 200 MeV por
fisión.
235U*
144Xe + 89Sr + 31n + ENERGÍA235U + 1n 235U*
¿Por qué sucede la fisión nuclear?Como en el U hay 235 nucleones tendremos unos 200 MeV por
fisión.
235U*
144Xe + 89Sr + 31n + ENERGÍA235U + 1n 235U*
Los tres neutrones pueden inducir nuevas fisiones y provocar una reacción en cadena.
¿Por qué sucede la fisión nuclear?Como en el U hay 235 nucleones tendremos unos 200 MeV por
fisión.
235U*
144Xe + 89Sr + 31n + ENERGÍA235U + 1n 235U*
Los tres neutrones pueden inducir nuevas fisiones y provocar una reacción en cadena.La probabilidad de que el núcleo de U-235 absorba un neutrón es elevada para neutroneslentos.
¿Por qué sucede la fisión nuclear?Como en el U hay 235 nucleones tendremos unos 200 MeV por
fisión.
235U*
144Xe + 89Sr + 31n + ENERGÍA235U + 1n 235U*
Los tres neutrones pueden inducir nuevas fisiones y provocar una reacción en cadena.La probabilidad de que el núcleo de U-235 absorba un neutrón es elevada para neutroneslentos.En la fisión son rápidos y hay que utilizar un moderador (agua pesada, grafito) para frenarlos.
¿Por qué sucede la fisión nuclear?Como en el U hay 235 nucleones tendremos unos 200 MeV por
fisión.
235U*
144Xe + 89Sr + 31n + ENERGÍA235U + 1n 235U*
Los tres neutrones pueden inducir nuevas fisiones y provocar una reacción en cadena.
Se necesita una cantidad de materia superior a una masa crítica para reacción seautomantenida.
La probabilidad de que el núcleo de U-235 absorba un neutrón es elevada para neutroneslentos.En la fisión son rápidos y hay que utilizar un moderador (agua pesada, grafito) para frenarlos.
Como utilizar esta energía para destruir
Como utilizar esta energía para destruir2 de Agosto de 1939, Albert Einstein dirigió una carta F.D. Rooseveltreclamando su atención sobre las investigaciones realizadas por E.Fermi y L. Szilard, mediante las cuales el Uranio podía convertirse enuna nueva fuente de energía además de poder utilizarse en laconstrucción de bombas sumamente potentes. Se inició el proyectoManhattan (Ver película: Creadores de sombras).
Como utilizar esta energía para destruirPara la producción de bombas atómicas en 1945 fue necesario empleardos masas subcríticas durante el transporte, que se unían dando unamasa superior a la crítica en el momento de la detonación.
Como utilizar esta energía para destruir3 y 6 de Agosto de 1945, Harry Truman ordenó el lanzamiento de dosbombas atómicas en Hiroshima (Little boy, 12,5 KT) y Nagasaki (Fatman, 20 KT). Japón se rindió una semana después.El radio de destrucción total fue de 1,6 km y rompió los cristales hasta16 km.
http://www.carloslabs.com/node/16
Como utilizar esta energía para crear
Como utilizar esta energía para crear1942 E. Fermi construye el primer reactor.
Para controlar la reacción se utilizan barras de control que absorben neutrones.
FUSIÓN NUCLEARAl aproximar dos núcleos ligeros lo suficiente como para vencer larepulsión e.m. pueden unirse. ¿A qué puede deberse esta unión?
FUSIÓN NUCLEARAl aproximar dos núcleos ligeros lo suficiente como para vencer larepulsión e.m. pueden unirse. ¿A qué puede deberse esta unión?
La energía de enlace por nucleón es menor para los núcleosligeros que para los pesados.
FUSIÓN NUCLEARAl aproximar dos núcleos ligeros lo suficiente como para vencer larepulsión e.m. pueden unirse. ¿A qué puede deberse esta unión?
La energía de enlace por nucleón es menor para los núcleosligeros que para los pesados.
• La fusión nuclear proporciona cantidades de energía muysuperiores a las de fisión.
FUSIÓN NUCLEARAl aproximar dos núcleos ligeros lo suficiente como para vencer larepulsión e.m. pueden unirse. ¿A qué puede deberse esta unión?
La energía de enlace por nucleón es menor para los núcleosligeros que para los pesados.
• La fusión nuclear proporciona cantidades de energía muysuperiores a las de fisión.
• Difícil porque hay que vencer la repulsión e.m. y son necesariasenergías muy grandes.
FUSIÓN NUCLEARAl aproximar dos núcleos ligeros lo suficiente como para vencer larepulsión e.m. pueden unirse. ¿A qué puede deberse esta unión?
La energía de enlace por nucleón es menor para los núcleosligeros que para los pesados.
• La fusión nuclear proporciona cantidades de energía muysuperiores a las de fisión.
• Difícil porque hay que vencer la repulsión e.m. y son necesariasenergías muy grandes.
• Como la temperatura que produce una bomba atómica es de108 K se pensó en utilizarla como detonante de las bombas defusión (de hidrógeno o termonucleares)
Bomba de Hidrógeno “Tsar (50 mt)”
http://www.carloslabs.com/node/16
FUSIÓN NUCLEAR
¿POR QUÉ NO USARLA COMO FUENTE DE ENERGÍA?
¿POR QUÉ NO USARLA COMO FUENTE DE ENERGÍA?
• En la Tierra sólo se ha conseguido la liberación de energía deforma incontrolada.
¿POR QUÉ NO USARLA COMO FUENTE DE ENERGÍA?
• En la Tierra sólo se ha conseguido la liberación de energía deforma incontrolada.
• Se hace muy difícil contener el plasma a la temperaturanecesaria, el método más utilizado es el confinamientomagnético.
¿POR QUÉ NO USARLA COMO FUENTE DE ENERGÍA?
• En la Tierra sólo se ha conseguido la liberación de energía deforma incontrolada.
• Se hace muy difícil contener el plasma a la temperaturanecesaria, el método más utilizado es el confinamientomagnético.
• La fusión nuclear produce más energía por nucleón que lafisión y no crea cenizas radiactivas. El deuterio, que se utilizacomo materia prima, se encuentran de forma abundante en elagua del mar..
A.25. ¿Cuál es la energía liberada en las siguientes reacciones?
n + 235U 88Sr + 136Xe + 12n3H + 2H 4He + n
A.26. ¿Qué proceso puede explicar la enorme cantidad de energíaradiada por las estrellas?
A.26. ¿Qué proceso puede explicar la enorme cantidad de energíaradiada por las estrellas?
2H + 2H 3H + 1H (4,03 MeV)2H + 2H 3He + n (3,27 MeV)2H + 3H 4He + n (17,59 MeV)
EVOLUCIÓN ESTELAR
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