Fisión Y Fusión Nuclear

Subtítulos por: Mario http://con-ciencialibre.blogspot.com Consideren la Tierra y un cohete espacial, atados por la gravedad. Si se requiere más trabajo o energía para separarlos, entonces la energía de enlace es la cantidad de energía que... ... se requiere para separarlos completamente. De manera similar, la energía de enlace del núcleo es la cantidad de energía que se requiere para separar los protones y los neutrones... lamados de manera colectiva: nucleones. Hay dos fuerzas actuando en un átomo. La fuerza nuclear, un residuo de la gran fuerza que mantiene a los quarks unidos, mantiene a los neutrones y protones juntos. ... y la carga eléctrica de los protones, que los intenta separar. La fuerza nuclear es mucho más grande que la eléctrica en rangos pequeños, entre dos y dos veces y media el diámetro del protón. Pero en distancias más grandes, la fuerza eléctrica domina. Así que mientras añadimos nucleones y nos movemos por la tabla periódica... ...al principio cada núcleo está agarrado con más fuerza que el anterior. Esta gráfica nos da los valores reales. El incremento en la energía de enlace continua hasta que llegamos al hierro y níquel... ...donde el núcleo tiene cerca de 60 nucleones. En este punto, el núcleo tiene un radio de más de dos y medio nucleones... ... que, si recuerdas, es donde la fuerza eléctrica comienza a dominar. Así que mientras añadimos nucleones pasado este punto ...la fuerza eléctrica que intenta deshacer el núcleo comienza a ganar ... y cada nucleón agregado está menos agarrado que el anterior. Cuando llegamos al plomo y bismuto, y el núcleo contiene 207 nucleones... ... la fuerza eléctrica gana, y los núcleos más grandes que estos son inestables y se deshacen solos... ...aunque podría demorar un rato. Estos núcleos más grandes, pueden regresar a su forma estable de muchas formas... Pueden convertir neutrones en protones y producir radiación beta... ... o expulsar grupos de cuatro nucleones a la vez en forma de radiación alfa... ... o simplemente separarse en dos núcleos estables más pequeños. Cuando esto sucede lo llamamos fisión... La fisión es diferente de otros tipos de descomposición, porque puede ser utilizada y controlada con reacciones en cadena. Veamos que significa esto en términos de energía: De acuerdo con la tabla de energía de enlace, el uranio tiene 7.6 MeV de energía de enlace por cada nucleón ... dando un total de: 1786 MeV. Mientras el bario tiene 8.3 MeV... ... y el kriptón tiene 8.8 Y los neutrones extra no tienen energía de enlace... Así que cada vez que un átomo de uranio se fisiona,produce cerca de ¡192MeV de energía! Pero el uranio-235 dejado a su suerte podría tardar millones de años para descomponerse... ... así que lo queremos ayudar. Esto lo hacemos, disparándole un neutrón lento... ... lo absorberá y se transformará en uranio-236 Entonces se separa en krypton-92 y bario-141 y 3 neutrones libres... Esos 3 neutrones se mueven y separan otros 3 átomos de U-235, y el proceso continua... Podemos poner todo esto en agua, y los fragmentos y neutrones serñan frenados por ella y causarán que se caliente... Podemos usar el vapor para generar electricidad... Y así es como funciona una planta de enegía nuclear. Desde que Einstein demostró la equivalencia entre masa y energía... ... los físicos a menudo nos dan la masa en reposo de partículas pequeñas como protones, neutrones y electrones, en unidades de energía... Dos unidades de energía muy convenientes son el electronvoltio (o eV) y el mega electronvoltio (o MeV). Usando estas unidades, aquí tenemos datos que nos serán útiles. La masa en reposo del protón = 938.272 MeV... La masa en reposo del neutrón = 939.566 MeV... Echemos otro vistazo a la tabla de energía de enlace y hablemos ahora de fusión... Si pudiéramos tomar un núcleo de deuterio (H-2) que tiene un protón y un neutrón en su núcleo... ... y fusionarlo con uno de tritio (H-3) que tiene un protón y dos neutrones... ... terminaríamos con uno de helio, un neutrón extra, y algo de energía... ... y también tendríamos la base para una máquina hacedora de energía. Corramos los números y veamos como funciona La energía de enlace del deuterio es de 2 MeV Y la energía de enlace del tritio es de 8 MeV Y el total para los elementos de entrada es 10MeV La energía de enlace del helio es de 28Mev y el neutrón libre no tiene energía de enlace. Restar los 10MeV de los 28Mev, nos revela que cada vez que hay una fusión se liberan 18MeV de energía. Y eso está muy bien! Pero hay un problema... Hacer que los protones del deuterio y el tritio se acerquen lo suficiente, para que la fuerza nuclear los fusione... es dificil de hacer en la Tierra... Esta es la energía que alimenta a las estrellas, pero su gravedad mantiene el combustible en su lugar... ... mientras las altas temperaturas le dan a los núcleos la velocidad suficiente para superar la repulsión eléctrica... Si pudiéramos hacer una mini estrella en el laboratorio... ... nos estaríamos acercando a una solución a nuestros problemas energéticos. Y aunque parece dificil, se continuan haciendo progresos significativos... Parecido al tritio, hay un isotópo del helio llamdo He-3. Podría ser sustituido en la reacción de arriba y producir una cantidad de energía similar. ¿Cuál es la diferencia? Pues que hay un estimado de 1 millón de toneladas de He-3 en la Luna Se necesitarían solo 25 toneladas para satisfacer la demanda energética de EE.UU. en un año. Y 25 toneladas también es la máxima carga explosiva de un transbordador espacial... Y ahora sabes porque hay planes de regresar a la Luna...