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Índice CNEA Índice cnea Comisión nacional de energía atómica C onstituyentes C entro A tómico Índice.

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2 Índice

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4 CNEA Índice

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7 cnea Comisión nacional de energía atómica C onstituyentes C entro A tómico Índice

8 TiTo 02 U nidad de A ctividad R eactores y C entrales N ucleares Índice

9 R eactor A rgentino 1

10 RESUMEN : Presentación básica de nociones de la energía nuclear para el público en general y estudiantes DISTRIBUCION (SC : Solo Carátula) 1…………………………………………………. A Unidad Reactores y Centrales Nucleares (RCN) 2…………………………………………………. H Biblioteca Reactores y Centrales Nucleares EJEMPLAR No. :Destinatario : TÍTULO : Que es la energía atómica. Proyecto/ Instalación/ Ref. : RA-1 COMISION NACIONAL DE ENERGIA ATOMICA Centro Atómico Constituyentes UNIDAD DE ACTIVIDADES REACTORES Y CENTRALES NUCLEARES Presentación : CNEA.C.RCN.PTE.01/03 Revisión : 1 Fecha : Hoja : 1 de 118 PRESENTACIÓN Actualizaciones SECTOR : Reactores Nucleares No.Fecha Elaboración: autoresRevisiónAprobaciónLiberación Nombre Apellido D.I. Adalberto PereyraLic. Luis F. PecosIng. Eduardo Porro Firma Fecha16/06/200326/06/20327/06/2003 Este documento fue elaborado por CNEA. para ………………………………… según el Contrato / Oferta ……………………..… , estando sujeto a las limitaciones de propiedad, uso y/o transferencia allí fijadas Visado de Gestión de Calidad Índice

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12 Física Experimental de Reactores Presentación básica de nociones de la energía nuclear para el público en general y estudiantes. Autor: Diseñador Industrial Pereyra Adalberto A. Física Experimental de Reactores Revisó : Lic. Luis F. Pecos Física Experimental de Reactores Presentación : CNEA.C.RCN.PE.02/03 Revisión : 0 Fecha : Hoja : 3 de 62 COMISION NACIONAL DE ENERGIA ATOMICA Centro Atómico Constituyentes UNIDAD DE ACTIVIDADES REACTORES Y CENTRALES NUCLEARES Índice

13 cnea Agradezco por su importante colaboración para realizar esta presentación a: Ing. Roberto Pereira Ing. Hugo Scolari Y Carlos Grizutti. Índice

14 A continuación les contaremos que es la energía atómica y para que se usa. cnea Índice

15 cnea El Átomo La Molécula La Radiación La Activación del átomo La Fisión Sección eficaz Usos de la Energía atómica En el reactor La Reacción en cadena La Moderación Índice Seleccione el tema de su interés y clicquee sobre el botón para abrir la página, o simplemente clicquee para avanzar. Clicquee índice para regresar aquí Retrocede una página Avanza una página Para salir Esc La Fusión Reactores fósiles

16 El Átomo ¿Qué es? Índice cnea

17 Esta compuesto por... El átomo Índice cnea Es la partícula mas pequeña en la que se puede dividir la materia sin que pierda sus propiedades físicas y químicas.

18 El átomo Índice cnea La cantidad de ellos determina el número atómico (Z), define el nombre del elemento. El hidrógeno tiene Z = 1, el Uranio Z = 92 Los protones Son partículas de carga eléctrica positivas que forman el núcleo de los átomos.

19 El átomo Índice cnea Sumados a los protones dan el número másico (A) que determina el isótopo del elemento. U235 A = 92 protones neutrones Los neutrones Son partículas sin carga que forman el núcleo de los átomos. De masa similar a la de los protones.

20 El núcleo El átomo Los protones se repelen por su carga eléctrica Índice cnea

21 El átomo Los protones se repelen por su carga eléctrica El núcleo Índice cnea

22 Fuerzas nucleares o hadrónicas El átomo Son más intensas que la fuerza de repulsión eléctrica entre los protones, por lo cual los mantiene unidos. Son fuerzas de atracción que actúan sobre los protones y neutrones. Aparecen cuando ambas partículas se encuentran muy próximas. El núcleo Índice cnea

23 Fuerzas nucleares o hadrónicas El átomo Son más intensas que la fuerza de repulsión eléctrica entre los protones, por lo cual los mantiene unidos. Son fuerzas de atracción que actúan sobre los protones y neutrones. Aparecen cuando ambas partículas se encuentran muy próximas. El núcleo Índice cnea

24 Fuerzas nucleares o hadrónicas El átomo Los neutrones, que carecen de carga eléctrica contribuyen a hacer más estable el núcleo. Son más intensas que la fuerza de repulsión eléctrica entre los protones, por lo cual los mantiene unidos. Son fuerzas de atracción que actúan sobre los protones y neutrones. Aparecen cuando ambas partículas se encuentran muy próximas. El núcleo Índice cnea

25 Los electrones Son partículas de carga negativa que circundan al núcleo de los átomos. En igual cantidad a la de los protones equilibrando el átomo eléctricamente. Su masa es 1800 veces menor a la de los protones. Definen las propiedades químicas del elemento El átomo Índice cnea

26 Ya en los siglos VI y V a. C. los filósofos griegos sostenían que la materia estaba constituida por pequeñas partículas indestructibles a las que llamaron átomos. Dalton los define como partículas muy pequeñas, indivisibles e indestructibles. El átomo Índice cnea Modelo atómico De Dalton (1776–1844) 1803

27 _ _ _ _ _ __ _ _ _ _ _ El átomo Índice cnea Modelo atómico De Thompson (1856–1940) 1897 Demostró la existencia de los electrones, cargados negativamente. Los supuso colocados dentro de una distribución uniforme de carga positiva, la cual ocupa una esfera cuyo radio sería de unos cm

28 El átomo Índice cnea Modelo atómico De Rutherford (1871–1937) _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ Con sus discípulos, Geiger y Marsden, bombardearon láminas muy delgadas de oro con un haz de partículas alfa. Comprobando que, la mayoría de las partículas la atravesaban sin desviarse, algunas se desviaban un poco y unas pocas rebotaban. Concluyeron que los átomos estaban constituidos por un núcleo pequeño de carga positiva rodeado de un espacio vacío mucho mayor con cargas negativas.

29 El átomo Índice cnea Modelo atómico De Bohr ( ) 1913 Combinó la teoría cuántica de Planck con el modelo atómico de Rutherford. Estableció un núcleo muy pequeño en el centro con cargas positivas, rodeado por los electrones distribuidos en orbitas o niveles de energía.

30 El átomo Índice cnea Modelo atómico De la mecánica cuántica 1950 Sostiene que los electrones son partículas muy pequeñas (cuánticas). No es posible determinar exactamente su posición y velocidad. Se puede encontrar una probabilidad de ubicarlo en una dada región de la órbita, por lo que se los representa como una especie de nube alrededor del núcleo.

31 El átomo Índice cnea Modelo atómico De la mecánica cuántica 1950 Esa nube de neutrones puede adquirir distintas formas y su tamaño es mucho mayor al del núcleo. Se estima que el diámetro del núcleo que concentra prácticamente toda la masa del átomo es del orden de cm mientras que el de la nube cm. Núcleo

32 Representación mas usual de un átomo El átomo Índice cnea

33 Es el mas liviano de todos los elementos. Esta formado por un protón (núcleo) El hidrógeno y un electrón El átomo Índice cnea N 0 atómico Z = 1 (1 protones ) N 0 másico A = 1 (1 protones )

34 N o Atómico (no varía) N o de Masa (aumenta) Sus isótopos El hidrógeno H1 (hidrógeno) Z = 1 A = 1 (1 protón) H2 (deuterio) Z = 1 A = 2 (1 protón + 1 neutro) H3 (tritio) Z = 1 A = 3 (1 protón + 2 neutro) El átomo Índice cnea

35 En estado natural el uranio está compuesto por el 238 (97,3%), el 235 (0.7%) y el 234 (0.005%) Artificialmente se pueden obtener 13 isótopos mas, del 226 al 242 (no se forma el 241 ). El uranioEl átomo Índice cnea N 0 atómico Z= 92 (92 protones ) N 0 másico A=238 (92 protones +146 neutrones ) Sus isótopos

36 Los iones Son partículas con carga eléctrica. Pueden provenir de moléculas o átomos con ausencia o exceso de 1 o más electrones. Número de protones (P) Número de electrones (e) El átomo Índice cnea p < e = anión (carga negativa) p = e = átomo equilibrado p > e = catión (carga positiva)

37 La Molécula ¿Qué es? Índice cnea

38 Las moléculas se forman cuando los átomos comparten pares de electrones La Molécula Índice cnea

39 Las moléculas de agua están formadas por un átomo de oxígeno y dos de hidrógeno hidrogeno oxígeno hidrógeno El agua (H 2 O) La Molécula Índice cnea

40 Agua común H 2 O El agua Agua pesada D 2 O Agua de tritio T 2 O La Molécula Índice cnea

41 La Radiación ¿Qué es? Índice cnea

42 Símbolo internacional de radiación La Radiación Índice

43 La Radiación Índice cnea Es una emisión de energía en forma de partículas u ondas electromagnéticas

44 La Radiación de partículas Neutrones Índice cnea Produce activación o fisión, es penetrantes Son partículas sin carga que forman parte del núcleo de los átomos, de masa similar a la de los protones. Por no tener carga eléctrica pueden llegar al núcleo del átomo y ser absorbidos (activación o fisión). Se generan en las fisiones Para detenerlos son necesarios varios cm de parafina y cadmio o de hormigón borado.

45 (alfa) Índice cnea Es muy ionizante, poco penetrante. Es un núcleo de helio sin electrones. Esta compuesta por 2 protones y 2 neutrones. Para detenerla alcanza una hoja de papel La Radiación de partículas

46 (beta) Índice cnea Es ionizante, penetrante. Es una partícula con carga eléctrica Puede ser positiva (positrón) o negativa (electrón) Para detenerla son necesarios algunos centímetros de materiales livianos, el plomo la absorbe y emite rayos X. La Radiación de partículas

47 Electricidad Ondas de radio Microondas Infrarrojo (calor) Luz visible Ultravioletas Rayos X Rayos Rayos cósmicos Índice cnea Baja frecuencia Longitud de onda larga Alta frecuencia Longitud de onda corta La Radiación electromagnética

48 ( gamma ) La Radiación electromagnética Índice cnea Es ionizante, muy penetrante. Es una radiación electromagnética de alta energía y frecuencia superiores a la de la luz visibles. Para detenerla son necesarios varios cm de plomo.

49 X (equis) Índice cnea Es ionizante, penetrante. Es una radiación electromagnética de alta energía y frecuencia superiores a la de la luz visibles e inferior al Para detenerla son necesarios algunos centímetros de plomo. La Radiación electromagnética

50 UV (Ultra violeta) Índice cnea Es ionizante, poco penetrante. Es una radiación electromagnética de alta energía y frecuencia superiores a la de la luz visibles e inferior al y X. Para detenerla son necesarios algunos milímetros de materiales livianos. La Radiación electromagnética

51 Luz (Visible) Índice cnea Es muy poco ionizante Es una radiación electromagnética de baja energía y frecuencia comprendida entre el rojo y el violeta. De la superposición incoherente de todo este espectro resulta la luz blanca. Muy poco penetrante Se detiene con una hoja de papel. La Radiación electromagnética

52 Infrarroja (trasmisión de calor) Índice cnea Es ionizante, poco penetrante. Es una radiación electromagnética de baja energía y baja frecuencia, por debajo de la luz visible, emitida por los cuerpos calientes. Se detiene con una delgada lámina de aluminio La Radiación electromagnética

53 Índice cnea Son ionizantes, penetrantes. Son radiaciones electromagnéticas de baja energía y baja frecuencia, por debajo del infrarrojo, emitidas por variaciones de campos eléctricos y magnéticos. Se detiene con una delgada envoltura de metal conectada a tierra. ( radio, TV y telefonía) Microondas y ondas de radio La Radiación electromagnética

54 Protección Cuando se debe trabajar con material radiactivo hay tres factores a tener en cuenta. El Blindaje: Alfa Papel Beta Neutrones Aluminio PlomoHormigón Rayos X y La Radiación Índice cnea Distancia: La intensidad de la radiación disminuye con el cuadrado de la distancia a la fuente. El tiempo de exposición:A menor tiempo menor dosis.

55 La Radiación de Cerenkov Las partículas cargadas de alta energía, al atravesar un medio transparente con una velocidad cercana a la de la luz, emiten una radiación electromagnética visible. Aquí se ve dicho fenómeno en el núcleo del RA-3 (Centro Atómico Ezeiza) producido par las partículas beta en el agua del reactor. Índice cnea

56 La Radiación de Cerenkov Índice cnea RA-3 Centro Atómico Ezeiza

57 La radiación y los materiales radiactivos no son un invento del siglo XX. Una parte de los radionucleidos aparecen hace algo más de 5000 millones de años junto con los núcleos estables, luego de reacciones nucleares producidas en una supernova. Otra parte se generan de núcleos estables bombardeados por rayos cósmicos. La Radiación Un poco de historia Índice cnea

58 1896 Becquerel descubre por casualidad el fenómeno de la radiación al velársele unas placas fotográficas colocadas debajo de una muestra de uranio natural Mary Curie descubre como el uranio se transforma en otros elementos a medida que emitía radiación, como por ejemplo Polonio y Radio Roentgen descubre los rayos X. Producidos por una descarga eléctrica en un tubo al vacío. La Radiación 1913, Bahr describe el Modelo Orbital del Átomo". Un poco de historia Índice cnea

59 La RadiaciónDaños Índice cnea Es la energía de la radiación que es absorbida, la que produce el daño en los tejidos. El daño depende del tipo de radiación (la radiación alfa es veinte veces mas dañina que la beta) y el órgano irradiado (el pulmón es mucho mas sensible que las tiroides a igual dosis), por lo que se deben ponderar dichos valores. Es la energía de la radiación que es absorbida, la que produce el daño en los tejidos. El daño depende del tipo de radiación (la radiación alfa es veinte veces mas dañina que la beta) y el órgano irradiado (el pulmón es mucho mas sensible que las tiroides a igual dosis), por lo que se deben ponderar dichos valores.

60 La Radiación Dosis Índice cnea Dosis absorbida : Energía entregada por la radiación por gramo de sustancia irradiada. Dosis equivalente : Dosis absorbida ponderada en términos del daño potencial de las diferentes radiaciones Dosis equivalente efectiva : Dosis equivalente ponderada en términos de susceptibilidad de causar daño a diferentes tejidos.

61 La Radiación Unidades Índice cnea Becquerel (Bq) : Equivale a una desintegración por segundo de cualquier radionucleido. Gray (Gy) : Cantidad de energía entregada por una radiación ionizante por unidad de masa de materia irradiada (tejido). Un gray equivale a un joule por kilogramo. Sievert (Sv) : Dosis absorbida ponderada en términos del potencial dañino de la radiación que la produce. Un sievert equivale asimismo a un joule por kilogramo.

62 El Ente Regulador Nuclear de Argentina Es el encargado de regular y fiscalizar la actividad nuclear en nuestro país. Aplicaciones Medicina e Industria Sector Privado Sector Público Producción de electricidad NASA Núcleo eléctrica Argentina S.A. CNE Central Nuclear Embalse CNAI Central Nuclear Atucha 1 Seguridad radiológica ARN Autoridad Regulatoria Nuclear Investigación y Desarrollo CNEA Comisión Nacional de Energía Atómica CAB Centro Atómico Bariloche CAE Centro Atómico Ezeiza CAC Centro Atómico Constituyentes Índice cnea La Radiación

63 Cotidianamente estamos expuestos a radiaciones ionizantes. Desde el espacio la tierra es bombardeada por radiación electromagnética de muy alta energía (rayos cósmicos), rayos, X, ultravioleta, microondas, radiofrecuencia, etc. y partículas de alta energía (protones, neutrones, etc) Natural de fondoLa Radiación Neutrones X UV Protones radiación electromagnética partículas de alta energía. Tierra Radiofrecuencia y microondas Luz Índice cnea infrarrojos cósmicos

64 En la tierra los elementos radiactivos están desde sus comienzos, como por ejemplo el Radón 220 (decaimiento del torio 232) y 222 (decaimien- to del U238) que es un gas disuelto en el agua o que emana del suelo, Potasio 40, Rubidio 87 y las series del Uranio 238 y del Torio 232 La Radiación Natural de fondo Índice cnea en los materiales de construcción (morteros, maderas, aislantes, cerámicas, granito, lajas, etc). Radón 220 y 222 (suelo) Potasio 40 (paredes)

65 Natural de fondo Terrestre milisivert 82% Cósmica milisivert 18% Natural milisivert 82% Médicas 0.4 milisivert 17% Lluvia radiactiva 0.02 milisivert 1% Producción núcleoeléctrica milisivert 0% Fuentes naturales Fuentes Terrestres La Radiación Índice cnea

66 La RadiaciónNatural de fondo Los seres vivos somos radiactivos. Nuestros propios cuerpos son levemente radiactivos, a lo largo de nuestras vidas incorporamos isótopos inestables. El decaimiento radiactivo del carbono 14 posibilita utilizar la conocida técnica omonima, con la cual en arqueología se puede indagar acerca de la antigüedad de sus hallazgos. Los niveles de radiación natural varían con la ubicación geográfica y la altura debido a la concentración de materiales radiactivos (zonas aledañas a yacimientos de materiales radiactivos) y la protección atmosférica a los rayos cósmicos ( a mas altura menor protección, los vuelos en avión están mas expuestos). El sol es una gran fuente radiactiva. Índice cnea

67 Natural de fondoLa Radiación La radiación ionizante puede romper moléculas de las células y matarlas, o modificar su ADN, con lo cual, si pueden llegar a reproducirse lo harán probablemente con alguna mutación. Como los seres vivos nos desarrollamos en un ambiente levemente radiactivo, estamos adaptados y toleramos estos niveles bajos. Pero a niveles mas altos, los daños sobrepasan los mecanismos de regeneración. Es lo que ocurre por ejemplo en nuestra piel con los rayos ultra violeta (UV) cuando nos exponemos al sol del medio día con la protección de la capa de ozono disminuida. La manera de protegerse cuando se trabaja con material radiactivo, se desarrolla en la presentación El reactor en el punto radio protección. Índice cnea

68 La Radiación Decaimiento o desintegración Índice cnea De los isótopos de Z muy grande, solo unos pocos son estables, la mayoría son inestables debido a las fuerzas de unión y repulsión que actúan entre los componentes de sus núcleos y decaen a isótopos estables emitiendo radiación.

69 La Radiación Decaimiento o desintegración Índice cnea Los productos de fisión y los isótopos producidos artificialmente son inestables y llegan a un isótopo estable por decaimiento.

70 Decaimiento o desintegración La Radiación período de desintegración radioisótopo Radioisótopo Isótopo hijo Índice cnea Vida media o período de desintegración t 1/2 : Es el tiempo que tarda en reducirse a la mitad el número de átomos de un isótopo inestable o radioisótopo.

71 Decaimiento o desintegración La Radiación Índice cnea Se estima que transcurridos 5 períodos ( t 1/2 ) el radioisótopo prácticamente decayó en su totalidad.

72 Decaimiento o desintegración La Radiación Índice cnea Serie o familia Es la sucesión de decaimientos que sigue un radionucleido hasta llegar a un isótopo estable.

73 (alfa) 2 protones La Radiación 2 neutrones. 92 U = 90 Th 234 Z A uranio torio Decaimiento Índice cnea Z disminuye 2 cambia el elemento A disminuye 4

74 Z aumenta 1 cambia el elemento A NO cambia (beta) Decaimiento Un neutrón se divide en una partícula y un protón. La Radiación 1 protón neutrón 1 82 Pb 214 – = 83 Bi 214 plomo bismuto Z A Índice cnea

75 Z disminuye 1 cambia el elemento A NO cambia (beta) Decaimiento Un protón se divide en una partícula y un neutrón. La Radiación 1 protón 1 neutrón 1 8 O 14 – = 7 N 14 oxigeno nitrógeno Z A Índice cnea

76 (gama) Decaimiento La radiación son fotones de alta energía, y no producen cambios en el número atómico ni en el número de masa. La Radiación 27 Co 60 - = 27 Co 60 Cobalto Z A Índice cnea Z NO cambia A NO cambia

77 Nucleido Decaimiento Período de semidesintegración. La Radiación del U238 Decaimiento Uranio238 miles de millones de años Torio 234 días Torio230 años Radio226 años Uranio 234 años Plomo214 minutos Polonio218 minutos Polonio214 segundos Bismuto210 días Plomo210 años Bismuto214 minutos Polonio210 días Plomo ESTABLE Radón222 días Protactinio234 minutos Índice cnea

78 Ionización La Radiación Índice cnea Los electrones son muy fáciles de arrancar, con solo frotar una regla de plástico con un paño se ioniza y atrae trocitos de papel.

79 Molécula Alfa La Radiación Índice cnea Todos los tipos de radiación son ionizantes. Por distintos mecanismos arrancan electrones o rompen la molécula, produciendo iones de la misma. Ionización

80 Átomo de helio Ion Ionización La Radiación Índice cnea Todos los tipos de radiación son ionizantes. Por distintos mecanismos arrancan electrones o rompen la molécula, produciendo iones de la misma.

81 La Activación de un átomo ¿Qué es? Índice cnea

82 Se produce cuando un neutrón (con la energía adecuada) se acerca a un átomo determinado. La Activación de un átomo Índice cnea

83 El neutrón es capturado por el núcleo, que aumenta en uno el número másico (A ) quedando excitado. Posteriormente recupera el equilibrio liberando energía en forma de radiación. La Activación de un átomo Índice cnea

84 La Activación de un átomo El neutrón es capturado por el núcleo, que aumenta en uno el número másico (A ) quedando excitado. Posteriormente recupera el equilibrio liberando energía en forma de radiación Índice cnea

85 Se libera energía en forma de radiación o combinaciones de ellas Su Radiación puede ser La Activación de un átomo Índice cnea

86 Los electrones de las capas mas próximas al núcleo, excitados por distintos mecanismos, recuperan su nivel energético inicial emitiendo un rayo X. X Radiación X La Activación de un átomo Índice cnea

87 La fisión ¿Qué es? Índice cnea

88 La fisión Se produce cuando un neutrón (con la energía adecuada) se acerca a un átomo fisionable de los últimos de la tabla periódica. Índice cnea

89 La fisión Se produce cuando un neutrón (con la energía adecuada) se acerca a un átomo fisionable (de los últimos de la tabla periódica). Índice cnea

90 La fisión Se produce cuando un neutrón (con la energía adecuada) se acerca a un átomo fisionable (de los últimos de la tabla periódica). Índice cnea

91 El neutrón es capturado por el núcleo que aumenta su número másico (A) en uno, quedando excitado La fisión Índice cnea Ejemplo: U neutrón = U236 Inestable que pronto fisionará.

92 El núcleo se rompe en fragmentos más pequeños (productos de fisión) y se liberan neutrones de alta energía. La fisión Neutrones (instantáneos) Fragmento liviano Fragmento pesado Índice cnea

93 La energía cinética de los fragmentos de fisión y los neutrones se transforma en calor debido a los choques con átomos vecinos. La fisión Fragmento liviano Fragmento pesado Liberación de calor Índice cnea Neutrones (instantáneos)

94 Los nuevos núcleos excitados decaen liberando energía en forma de radiación o y neutrones (retardados) La fisión Índice cnea X Neutrones (retardados)

95 La Moderación ¿Qué es? Índice cnea

96 La Moderación Índice cnea Los neutrones con alta energía disminuyen su velocidad por choques inelásticos con los núcleos de U238, los que luego se desexcitan emitiendo un gamma. U238

97 La Moderación Índice cnea Los neutrones con alta energía disminuyen su velocidad por choques inelásticos con los núcleos de U238, los que luego se desexcitan emitiendo un gamma. U238

98 La Moderación Índice cnea Siguen perdiendo velocidad por choques elásticos con los núcleos de átomos livianos, por ejemplo, los del hidrógeno de la molécula de agua, liberando mas calor. Liberación de calor

99 La Moderación Índice cnea Liberación de calor Siguen perdiendo velocidad por choques elásticos con los núcleos de átomos livianos, por ejemplo, los del hidrógeno de la molécula de agua, liberando mas calor.

100 La Moderación Índice cnea Liberación de calor Siguen perdiendo velocidad por choques elásticos con los núcleos de átomos livianos, por ejemplo, los del hidrógeno de la molécula de agua, liberando mas calor.

101 La Moderación Índice cnea Liberación de calor Siguen perdiendo velocidad por choques elásticos con los núcleos de átomos livianos, por ejemplo, los del hidrógeno de la molécula de agua, liberando mas calor.

102 Sección eficaz ¿Qué es? Índice cnea

103 La sección eficaz Índice cnea Para que un neutrón pueda ser capturado por un núcleo de un determinado isótopo, debe llegar a él con una determinada energía (velocidad). Sección eficaz: Está relacionada con la probabilidad de que ocurra la reacción, a mayor sección eficaz más chances hay de que ésta se produzca. Depende del núcleo del isótopo y de la energía del neutrón incidente.

104 A medida que los neutrones se moderan tienen mas probabilidad de llegar a un núcleo fisionable. U235 La sección eficaz Índice cnea

105 U235 A medida que los neutrones se moderan tienen mas probabilidad de llegar a un núcleo fisionable. La sección eficaz Índice cnea

106 U235 A medida que los neutrones se moderan tienen mas probabilidad de llegar a un núcleo fisionable. La sección eficaz Índice cnea

107 U235 A medida que los neutrones se moderan tienen mas probabilidad de llegar a un núcleo fisionable. La sección eficaz Índice cnea

108 U235 A medida que los neutrones se moderan tienen mas probabilidad de llegar a un núcleo fisionable. La sección eficaz Índice cnea

109 U235 A medida que los neutrones se moderan tienen mas probabilidad de llegar a un núcleo fisionable. La sección eficaz Índice cnea

110 U235 A medida que los neutrones se moderan tienen mas probabilidad de llegar a un núcleo fisionable. La sección eficaz Índice cnea

111 U235 A medida que los neutrones se moderan tienen mas probabilidad de llegar a un núcleo fisionable. La sección eficaz Índice cnea

112 U235 A medida que los neutrones se moderan tienen mas probabilidad de llegar a un núcleo fisionable. La sección eficaz Índice cnea

113 U235 A medida que los neutrones se moderan tienen mas probabilidad de llegar a un núcleo fisionable. La sección eficaz Índice cnea

114 U235 A medida que los neutrones se moderan tienen mas probabilidad de llegar a un núcleo fisionable. La sección eficaz Índice cnea

115 U235 A medida que los neutrones se moderan tienen mas probabilidad de llegar a un núcleo fisionable. La sección eficaz Índice cnea

116 La reacción en cadena ¿Qué es? Índice cnea

117 2 neutrones fisionan a 2 átomos, generando 4 neutrones La reacción en cadena Índice cnea

118 2 neutrones fisionan a 2 átomos, generando 4 neutrones La reacción en cadena Índice cnea

119 Los 4 neutrones fisionan a 4 átomos, generando 8 neutrones La reacción en cadena Índice cnea

120 La reacción en cadena Índice cnea Los 4 neutrones fisionan a 4 átomos, generando 8 neutrones

121 Índice cnea Los 8 neutrones fisionan a 8 átomos, generando 16 neutrones La reacción en cadena

122 Índice cnea La reacción en cadena Los 8 neutrones fisionan a 8 átomos, generando 16 neutrones

123 Índice cnea La reacción en cadena Aumenta la cantidad de fisiones que a su vez generan mas neutrones. Esto ocurre en una fracción de tiempo muy pequeña (millonésimas de segundo). El frenado de los fragmentos de fisión (que poseen una gran energía cinética) produce liberación de energía en forma de calor. No todos los neutrones producidos generan nuevas fisiones, parte de ellos escapan o son absorbidos por otros elementos del sistema.

124 Criticidad La reacción en cadena Índice cnea Se da cuando la cantidad de neutrones producidos por fisión (A), es igual a la cantidad de neutrones absorbidos más los que se escapan del sistema (B). O sea. AB hipercrítico.

125 Criticidad Masa crítica: Es la concentración de material fisionable necesaria para mantener una reacción en cadena (por fisiones espontáneas ) en presencia de Volumen crítico: Es la geometría en la cual esa masa crítica puede mantener una reacción en cadena. un moderador. La reacción en cadena moderador Índice cnea

126 Criticidad La reacción en cadena Índice cnea En un reactor la masa y el volumen crítico se pueden reducir rodeando el núcleo con materiales como el grafito, que refleja como un espejo a los neutrones y los devuelve al sistema evitando que escapen. En los reactores de baja potencia para iniciar la reacción en cadena controlada, se debe usar una fuente que aporte neutrones para el arranque. En un reactor la masa y el volumen crítico se pueden reducir rodeando el núcleo con materiales como el grafito, que refleja como un espejo a los neutrones y los devuelve al sistema evitando que escapen. En los reactores de baja potencia para iniciar la reacción en cadena controlada, se debe usar una fuente que aporte neutrones para el arranque.

127 En el reactor ¿Que pasa en? Índice cnea

128 En el reactor Índice cnea La reacción en cadena es controlada por una placa de cadmio que actúa como absorbedor de neutrones.

129 En el reactor Índice cnea

130 La reacción en cadena es controlada por una placa de cadmio que actúa como absorbedor de neutrones. En el reactor Índice cnea

131 La reacción en cadena es controlada por una placa de cadmio que actúa como absorbedor de neutrones. Barra de control Cd En el reactor Índice cnea

132 La reacción en cadena es controlada por una placa de cadmio que actúa como absorbedor de neutrones. En el reactor Índice cnea Barra de control Cd

133 La reacción en cadena es controlada por una placa de cadmio que actúa como absorbedor de neutrones. En el reactor Índice cnea Barra de control Cd

134 La reacción en cadena es controlada por una placa de cadmio que actúa como absorbedor de neutrones. En el reactor Índice cnea Barra de control Cd

135 La reacción en cadena es controlada por una placa de cadmio que actúa como absorbedor de neutrones. En el reactor Índice cnea Barra de control Cd

136 La reacción en cadena es controlada por una placa de cadmio que actúa como absorbedor de neutrones. En el reactor Índice cnea Barra de control Cd

137 La reacción en cadena es controlada por una placa de cadmio que actúa como absorbedor de neutrones. En el reactor Índice cnea Barra de control Cd

138 La reacción en cadena es controlada por una placa de cadmio que actúa como absorbedor de neutrones. En el reactor Índice cnea Barra de control Cd

139 La reacción en cadena es controlada por una placa de cadmio que actúa como absorbedor de neutrones. En el reactor Índice cnea Barra de control Cd

140 La reacción en cadena es controlada por una placa de cadmio que actúa como absorbedor de neutrones. En el reactor Índice cnea Barra de control Cd

141 La reacción en cadena es controlada por una placa de cadmio que actúa como absorbedor de neutrones. En el reactor Índice cnea Barra de control Cd

142 La reacción en cadena es controlada por una placa de cadmio que actúa como absorbedor de neutrones. En el reactor Índice cnea Barra de control Cd

143 Criticidad En el reactor Índice cnea Un reactor esta crítico cuando la cantidad de neutrones producidos por fisión (A), es igual a la cantidad de neutrones absorbidos más los que se escapan del sistema (B). O sea: AB hipercrítico.

144 Reactores fósiles ¿Sabían que existen? Índice cnea

145 Reactores fósiles AFRICA GABON Índice cnea En 1972 los franceses comprobaron que el uranio proveniente de las minas de Oklo, Gabón, tenía un porcentaje del isótopo 235 muy inferior (0,4 % contra el 0,7% que se encuentra en la naturaleza), ésta diferencia mas el hallazgo de productos de la fisión del 235 y la confirmación de la existencia de fuentes de aguas subterráneas...

146 una serie de reactores naturales durante un período de años a una potencia de megawatts año, con un consumo aproximado de 500 toneladas de uranio, temperaturas de 300 a 450°C y presiones en torno a los 1000 bar. El tiempo para llegar a ésta potencia mas el que llevó para bajar a cero hasta extinguirse, debió ser mayor respecto al que estuvieron a plena potencia (en total unos años) Reactores fósiles Índice cnea... llevan a la conclusión que hace de años la alta concentración de uranio con un 3 % de U235 y la existencia de un mode- rador, hicieron funcionar allí

147 Reactores fósiles Índice cnea Los residuos de las reacciones en cadena permanecieron confinados (completamente inmovilizados) incluso, en presencia de agua y con la gran actividad geológica posterior que dio lugar a la formación de los continentes. Esto no afectó el posterior desarrollo de la vida en el entorno de los yacimientos en lo que hoy es Oklo, Gabón (en el continente africano, donde se desarrollaron nuestros ancestros hace un millón de años).

148 Reactores fósiles Índice cnea Durante el Precámbrico (650 millones de años atrás) las masas continentales estaban separadas unas de otras. Cien millones de años más tarde se unen formando el supercontinente Pangea I. Posteriormente se separan y se vuelven a juntar formado el supercontinente Pangea II. Por este mismo proceso hace unos 300 millones de años, se forma un nuevo supercontinente, Godwana, que al desmembrarse durante el secundario (250 a 65 millones de años atrás) da origen a las actuales Africa, América del Sur, Antártida, Australia, Arabia y la India.

149 Reactores fósiles Índice cnea Aparición de los precursores del hombre años desaparición de los dinosaurios años Reactores fósiles años Se extingue el 90% de la vida marina y el 70% de la terrestre. Posiblemente por gran actividad volcánica, choques de asteroides, cambios climáticos por la formación del supercontinente... o la combinación de ellas años Aparición de los primeros compuestos orgánico que dieron origen a la vida de años

150 ¿qué hacer con los residuos nucleares de la operación de reactores? AFRICA GABON Reactores fósiles Índice cnea Esta teoría aporta datos muy importantes a un gran interrogante en la energía nuclear.

151 Las condiciones de los residuos de alta actividad de los "reactores fósiles" de Oklo, son muy diferentes a las establecidas para los repositorios geológicos actuales. La temperatura de éstos no supera los 100°C (Oklo 450°C), la presión es de 50 a 100 bar (Oklo 1000 bar). Los suelos de Oklo son sedimentarios y arcillosos con una porosidad y conductividad hidráulica mucho mayor a la que tienen las formaciones geológicas seleccionadas para los repositorios actuales. En Oklo los residuos estuvieron sumergidos en agua mientras que en los repositorios actuales están incluidos en material vítreo, encapsulados en metal de considerable espesor y excelente resistencia a la corrosión y además confinados en contenedores que son colocados en perforaciónes hechas en la roca, aislados de esta por material de relleno. Reactores fósiles Índice cnea

152 AFRICA GABON Reactores fósiles Índice cnea Para mas información escriban Oklo en un buscador de Internet.

153 La fusión ¿Qué es? Índice cnea

154 La fusión se produce cuando los núcleos de dos átomos(con carga positiva que se repelen entre sí) son obligados a acercarse tanto (venciendo las fuerzas de repulsión) hasta que ambos se funden en un solo núcleo. Índice cnea La fusión H hidrogeno (deuterio)

155 Índice cnea La fusión Es lo que sucede en las estrellas. Con altas temperatura del orden de los millones de grados centígrados y grandes campos gravitatorios que comprimen a la estrella acercando los núcleos de los átomos hasta fusionarlos, liberando Liberación de calor gran cantidad de energía en forma de calor y radiación 4 He helio

156 Índice cnea La fusión + 16 O oxigeno carbono 12 C ++ 3 nucleos de helio 3 4 He 4 He helioCarbono 12 C Dos ejemplos

157 El sol es una estrella y su combustible es hidrogeno que se fusiona generando helio. Índice cnea La fusión

158 La gran explosión Los instrumentos con que cuenta la astronomía, telescopios ópticos, radiotelescopios, espectrosco- pios, etc, permiten estudiar todo el espectro de radiación, desde las ondas de radio (bajas energía ) hasta los rayos cósmicos (Alta energía) que emiten los astros y demás fuentes del espació. Por lo cual sabemos que todo el universo está formado por los mismos materiales que conocemos en la tierra. Esto a llevado a los científicos a pensar que todo tuvo un origen común, generando distintas teorías. Índice cnea

159 La fusión La más conocida es la del físico George Gamow, de la gran explosión, que dio origen al espacio, al tiempo y todo lo conocido, hace quince mil millones de años. Cuando las pequeñas partículas primordiales (quarks, protones, neutrones, electrones, etc.) disminuyeron su energía cinética (perdieron velocidad, se enfriaron) comenzaron a agruparse formando los núcleos de los átomos livianos hidrogeno y helio. Sus cargas positivas, atrajeron a los electrones de carga negativa equilibrándose eléctricamente. Índice cnea La gran explosión

160 La más conocida es la del físico George Gamow, de la gran explosión, que dio origen al espacio, al tiempo y todo lo conocido, hace quince mil millones de años. Cuando las pequeñas partículas primordiales (quarks, protones, neutrones, electrones, etc.) disminuyeron su energía cinética (perdieron velocidad, se enfriaron) comenzaron a agruparse formando los núcleos de los átomos livianos hidrogeno y helio. Sus cargas positivas, atrajeron a los electrones de carga negativa equilibrándose eléctricamente. La fusión Índice cnea La gran explosión

161 Las estrellas se forman cuando la acumulación de grandes cantidades de gas comienza a contraerse aumentando la densidad. A medida que aumenta la densidad aumenta la fuerza de gravedad que a su vez comprime aun más al gas haciéndolo más denso. La temperatura se eleva a millones de grados centígrados permitiendo que los núcleos de los átomos del gas venzan las fuerzas de repulsión y se acerquen hasta fusionarse. La energía liberada en la fusión genera una expansión (fuerzas centrifugas) opuesta a la gravedad, estabilizando a la estrella, que brillará (Liberará energías en forma de radiación) por miles de millones de años, hasta agotar su combustible. Índice Las estrellas, siderales fabricas de materia La fusión

162 H hidrogeno Las estrellas, siderales fabricas de materia Los ciclos de una estrella comienzan con hidrogeno, el elemento más abundante en la naturaleza de número atómico 1 (1 protón), por fusión se forma helio, número atómico 2 (2 protones), así sucesivamente hasta llegar al hierro con un número atómico 26 (26 protones). Los restantes elementos hasta el uranio, número atómico 92, se generan en los procesos de las supernovas. Índice cnea La fusión

163 La energía Atómica ¿En que se usa? Índice cnea

164 Con el calor liberado en las reacciones nucleares se genera vapor de agua para mover turbinas que accionan generadores de energía eléctrica en centrales nucleares, barcos y submarinos. Usos de la Energía Atómica Índice cnea El calor de las reacciones nucleares

165 Reactor nuclearGeneración de electricidad Usos de la Energía Atómica Bomba Circuito primario Circuito secundario Torre de enfriamiento Red de alta tensión Intercambiador de calor Fuente natural de agua Índice cnea El calor de las reacciones nucleares Bomba aire Reactor Turbina Generador Generador de vapor (Intercambiador de calor)

166 Calor Usos de la Energía Atómica Fuel oil Kg. Carbón Kg. Uranio natural 1 Kg. Índice cnea Para la producción de Kw./h se necesitan: La cantidad de contaminantes y residuos es proporcional a la cantidad de combustible quemado. Los residuos nucleares quedan confinados dentro del elemento combustible, gran parte de ellos, luego de ser reprocesados se utilizan nuevamente. Las cenizas y los gases generados por la combustión de combustibles fósiles, que son liberados a la atmósfera, contienen radionucleidos.

167 Usos de la Energía Atómica Radiación (gama) Índice cnea Irradiación de tumores. Esterilización de alimentos (mejora su conservación) Esterilización de residuos patógenos, barros industriales, etc. Radiografía de estructuras industriales, etc Esterilización de productos farmacéuticos. Control de plagas. Conservación de obras de arte.

168 Usos de la Energía Atómica Radiación (gama) Control de plagas. Índice cnea Se irradian distintos componentes de las colmenas para el control de parásitos. Inspección radiográfica de componentes diversos. Industria pesada, liviana y obras de arte.

169 Usos de la Energía Atómica Radiación (gamma) Control de plagas. Índice cnea Técnica del Insecto Estéril. Se esterilizan por radiación gama a crisálidas de la especie a controlar, soltándolas en su hábitat natural. Los adultos estériles, al copular con especímenes de la plaga disminuyen progresivamente el crecimiento vegetativo. Mediante aplicaciones sucesivas se logra controlar la población sin contaminar cultivos, suelos, napas, ríos, aire y sin afectar a otras especies o a sus depredadores naturales como sucede con los plaguicidas químicos.

170 Usos de la Energía Atómica Índice cnea Conservación de alimentos. El uso de las radiaciones ionizantes para la conservación de alimentos tiene ya varios años de aplicación en el mundo. Las dosis de tratamiento varían de acuerdo con el producto y el objetivo buscado. Dosis bajas:inhiben la brotación, controlan la presencia de insectos y la infestación con parásitos, retrasan la maduración. Dosis medias: pasteurizan en frío, reducen la carga microbiana, prolongan la vida útil. Dosis altas: esterilizan, eliminan virus. Ventajas: No contamino el medio ambiente, no afecta el valor nutritivo ni la digestibilidad del alimento, no modifica las características sensoriales, no genera residuos, provee resultados inmediatos, asegura la cal¡dad higiénico-sanitaria. Permite el tratamiento en el envase final sellado. Radiación (gama)

171 Radiación de neutrones: Producción de radioisótopos. Activación de muestras para análisis de elementos componentes. Dopado de silicio para fabricar microchip. Irradiación de tumores por activación de boro (BNCT). Control de contaminación ambiental. Usos de la Energía Atómica Índice cnea

172 Qué es BNCT? La terapia por captura neutrónica en boro (BNCT) es una técnica binaria que requiere la presencia simultánea de un flujo de neutrones con energías adecuadas y un capturador de neutrones ( 10 B), los cuales interaccionan para atacar a las células del tumor sin producir daño significativo a los tejidos cuando ambos agentes se encuentran separados. Se produce la siguiente reacción nuclear de captura en un 94%: 10 B + n ® 7 Li + 4 He + 2,31 MeV + gamma (478 KeV) El alcance del 7 Li y el 4 He (partícula alfa) en el tejido tumoral es del orden de 5m m y 8m m respectivamente, es decir del orden del diámetro de una célula tumoral (~ 10m m). Unas pocas partículas alfa alcanzan para destruir una célula cancerosa. Usos de la Energía Atómica Radiación de neutrones: Radiobiología Centro Atómico Constituyentes Índice cnea

173 Qué es BNCT? al amplio espectro de neutrones epitérmicos y rápidos del generador. La composición y distribución de estos componentes depende de la fuente de radiación, los filtros empleados, la concentración y distribución de los compuestos de boro así como la composición del tejido. Usos de la Energía Atómica La acción destructiva de la reacción de captura ocurriría primariamente en aquellas células cancerosas que han acumulado boro. Las células normales con bajas concentraciones de boro no sufrirían daño significativo. La dosis total depositada por BNCT tiene su origen en las diferentes interacciones producidas: además de la mencionada con el 10 B (de mayor sección de captura), hay reacciones de captura en hidrógeno (radiación gamma inducida), en nitrógeno (dosis de protones), la dosis de gamma incidente y la asociada Radiación de neutrones: Radiobiología Centro Atómico Constituyentes Índice cnea Mas información en

174 Como verán la energía atómica no es un invento macabro de unos científicos locos de fines del siglo XIX y el siglo XX. Ellos tan solo la descubrieron y nos mostraron sus virtudes y advirtieron sobre sus peligros. La pusieron a nuestra disposición. De nosotros depende vigilar para que se use. Índice cnea

175 visítenos en: Índice cnea

176 Podrá encontrar información mas detallada en Ambito Educativo Instituto de Estudios Nucleares Conociendo la Energía Nuclear Índice

177 Ud. puede visitar nuestros laboratorios en cada Centro Atómico. La CNEA organiza visitas guiadas, las cuales varían de acuerdo a las características de cada Centro. Para organizarlas es necesario comunicarse, con cierta anticipación, con el grupo de Relaciones Públicas de cada Centro Atómico. Visitas guiadas a los Centros Atómicos Centro Atómico Bariloche Casilla de Correo (8400) Bariloche TE: (02944) / Centro Atómico Constituyentes Av. Gral. Paz (1650) San Martín TE/FAX: Centro Atómico Ezeiza 1804 Agencia Minipost - Correo Argentino TE: /8500 FAX: Relaciones Públicas Índice

178 Física Experimental de Reactores Índice

179 R eactor A rgentino 1

180 TiTo 02 U nidad de A ctividad R eactores y C entrales N ucleares Índice

181 cnea Comisión nacional de energía atómica C onstituyentes C entro A tómico Índice

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