Conceptos básicos de la fisión y fusión nuclear Jaime Parra 286008

Contenido Fisión nuclear Fusión nuclear Conclusión Referencias Reacción en cadena divergente Reacción en cadena controlada Fusión nuclear Conclusión Referencias

Fisión nuclear Los físicos O. Hahn y F. Strassman descubrieron en 1939 que algunos núcleos, productos de la reacción nuclear resultante cuando neutrones lentos o de poca energía cinética incidían sobre núcleos de uranio 235, presentaban propiedades químicas del bario. L. Meitner y O. Frisch interpretaron este resultado como una división del núcleo de uranio en dos fragmentos casi iguales por efecto de la colisión con el núcleo incidente. A este proceso se le denominó fisión nuclear.

Reacción en cadena divergente

Reacción en cadena controlada

Una reacción de fisión nuclear típica es la siguiente: 92 𝑈 235 + 0 𝑛 1 → 92 𝑈 236 ∗ → 54 𝑋𝑒 140 + 38 𝑆𝑟 94 +2 0 𝑛 1 +𝑄 En donde 𝑄 es el cambio en la energía cinética del sistema durante la reacción nuclear. Ambos fragmentos 54 𝑋𝑒 140 y 38 𝑆𝑟 94 son inestables y se desintegran en serie hasta producir respectivamente los elementos estables 58 𝐶𝑒 140 y 40 𝑍𝑟 94 ; durante este proceso se emiten seis electrones.

Fusión nuclear Este proceso fue predicho en 1932 y confirmado experimentalmente en 1952. En este, dos núcleos livianos realizan una colisión y se unen para formar un núcleo más pesado, produciendo el efecto inverso de la fisión nuclear. El hecho de que la fusión nuclear sólo ocurra entre núcleos livianos se debe a que la fuerza de repulsión electrostática aumenta con el número atómico. Debido a la existencia de esta fuerza entre los núcleos, sus energías cinéticas deben ser tales que puedan acercarse lo suficiente para que la fuerza nuclear los una. En este proceso también se libera energía, ya que al unir dos núcleos livianos para formar uno más pesado, la masa resultante del sistema es menor que la que se tenía inicialmente.

Las reacciones más comunes son las que ocurren entre un neutrón ( 0 𝑛 1 ) y un protón ( 1 𝐻 1 ) para formar deuterio ( 1 𝐻 2 ): 1 𝐻 1 + 0 𝑛 1 → 1 𝐻 2 +2,23 𝑀𝑒𝑉 Y la reacción entre dos núcleos de deuterio, que es más importante y resulta de dos formas distintas pero con aproximadamente la misma probabilidad: 1 𝐻 2 + 1 𝐻 2 → 2 𝐻𝑒 3 + 0 𝑛 1 +3,2 𝑀𝑒𝑉 1 𝐻𝑒 3 + 1 𝐻 1 +4,2 𝑀𝑒𝑉

Conclusión La fusión nuclear requiere de una temperatura muy elevada, lo cual supone un problema por parte del recipiente ya que ningún material conocido en la tierra puede soportar dichas temperaturas. Este ha sido uno de los principales obstáculos que impiden la construcción de un reactor de fusión nuclear. Debido a la abundancia del deuterio (se puede obtener del agua), se cree que una vez solucionados todos los problemas de la reacción de fusión en cadena controlada, se reemplazará la fisión por la fusión, la cual produce en promedio más energía y a menor costo.

Referencias [1] García Castañeda, Mauricio & Ewert De-Geus, Jeannine. Introducción a la física moderna – 3ra edición, Universidad Nacional de Colombia. Bogotá, 2006.