of 15/15
ME4010: Introducci´on a la Ingenier´ ıa Nuclear Clase 5: Fisi´ on Nuclear Sergio Courtin V. Marzo 2016 Departamento de Ingenier´ ıa Mec´ anica FCFM - Universidad de Chile ME4010 Clase 5: Fisi´on Nuclear

ME4010: Introducción a la Ingeniería Nuclear · ME4010: Introducci on a la Ingenier a Nuclear Clase 5: Fisi on Nuclear Sergio Courtin V. Marzo 2016 Departamento de Ingenier a Mec

  • View
    218

  • Download
    0

Embed Size (px)

Text of ME4010: Introducción a la Ingeniería Nuclear · ME4010: Introducci on a la Ingenier a Nuclear...

  • ME4010: Introduccion a la Ingeniera Nuclear

    Clase 5: Fision NuclearSergio Courtin V.

    Marzo 2016

    Departamento de Ingeniera MecanicaFCFM - Universidad de Chile

    ME4010 Clase 5: Fision Nuclear

  • Fision NuclearHistoria

    En 1934, Enrico Fermi, observo que los neutrones termicos (depequena energa) eran absorbidos mas facilmente que los neu-trones rapidos (de alta energa).

    En 1934 bombardeo con neutrones termicos el U. Sin embargo,no supo identificar el resultado de la fision nuclear.

    En 1938 Hann & Strassman identificaron los resultantes de lafision nuclear.

    El 2 de diciembre de 1942, como parte del proyecto Manhat-tan dirigido por J. Robert Oppenheimer, se construyo el primerreactor: el Chicago Pile-1 (CP-1).

    ME4010 Clase 5: Fision Nuclear

  • Fision Nuclear

    El neutron interactua con el nucleo y hace que este se fragmenteen dos de masas de valor intermedio con respecto a la inicial.Esta reaccion es la principal fuente de energa nuclear para finespracticos.

    ME4010 Clase 5: Fision Nuclear

  • Fision Nuclear

    Para todos los elementos con aproximadamente A > 90, es unproceso exoenergetico.

    ME4010 Clase 5: Fision Nuclear

  • Fision Nuclear

    Para todos los elementos con aproximadamente A > 90, es unproceso exoenergetico.

    ME4010 Clase 5: Fision Nuclear

  • Fision NuclearEtapas

    Choque del neutron con el nucleo.

    Formacion y decaimiento del nucleo compuesto inestable (apro-ximadamente entre 1014 1012 s).Separacion del nucleo en 2 fragmentos (o en 3; probabilidad104). Emision de neutrones y gammas instantaneos (1020 1017 s).

    Frenado de los productos de fision ( 1011 s).Emision de neutrones y rayos gamma retardados (hasta variossegundos).

    ME4010 Clase 5: Fision Nuclear

  • Fision NuclearTipos de Nucleidos

    Nucleidos fisibles: pueden fisionarse con neutrones de cualquierenerga. U-233, U-235, Pu-239, Pu-241.

    Nucleidos fisionables: requieren que el neutron posea una deter-minada energa cinetica para que se produzca su fision. U-238,Th-232.

    Nucleidos fertiles: isotopos fisionables que pueden convertirseen especies fisibles. Th-232 en U-233; U-238 en Pu-239.

    Si el nucleo blanco tiene los numeros A y Z de distinta paridad,sera fisible.

    Si A y Z tienen igual paridad, el nucleo sera fisionable pero nofisible.

    ME4010 Clase 5: Fision Nuclear

  • Fision NuclearCompetencia entre Reacciones

    Con los nucleidos fisibles a bajas energas neutronicas solo son posi-bles tres tipos de interacciones: dispersion elastica, captura radiac-tiva y fision. Sin embargo, S

  • Fision NuclearCompetencia entre Reacciones

    ME4010 Clase 5: Fision Nuclear

  • Fision NuclearCompetencia entre Reacciones

    El cociente entre las secciones eficaces de captura y fision se deno-mina razon captura-fision y se indica por .

    =f

    Para el U 235, = 0,175, es decir, la fision ocurre 6 veces masque la captura radiativa.

    ME4010 Clase 5: Fision Nuclear

  • Fision NuclearProductos de Fision

    La rotura del nucleo compuesto formado puede tener lugar demaneras muy variadas, cada una de ellas con una determinadaprobabilidad. Por ejemplo:

    10n +

    23592 U 14456 Ba +8936 Kr + 310n

    10n +

    23592 U 13552 Te +9940 Zr + 210n

    Fision del U 235 con un neutron de 0.025 eV se produce enmas de cuarenta formas diferentesmas de ochenta productosde fision primarios.

    ME4010 Clase 5: Fision Nuclear

  • Fision NuclearProductos de Fision

    ME4010 Clase 5: Fision Nuclear

  • Fision NuclearProductos de Fision

    Nucleidos aun inestables, debido a que poseen una relacion N/Zsuperior a la correspondiente a su estabilidad Son radiacti-vos.

    Constituyen padres de cadenas o radiactivas, cada una de lascuales se caracteriza por la emision de sucesivas partculas .

    ME4010 Clase 5: Fision Nuclear

  • Fision NuclearProductos de Fision

    Es muy importante conocer la cantidad de cada uno de los frag-mentos de fision que se produce, este valor se da en % y recibeel nombre de rendimiento de fision para un nucleido particular.

    ME4010 Clase 5: Fision Nuclear

  • Fision NuclearEnerga Liberada en la Fision

    No toda la energa liberada en el proceso se puede aprovechar.

    Una parte de la energa asociada al proceso de fision apareceen el instante de la fision propiamente tal, mientras que otra seproduce con un cierto retardo con respecto a aquella.

    INMEDIATA:

    5 MeV como energa cinetica de los neutrones emitidos (2 porfision aprox.).6 MeV en fotones (radiacion gamma).165MeV en energa cinetica de los productos de fision.

    DIFERIDA:

    14 MeV en radiactividad (beta y gamma)10 MeV en forma de neutrinos (escapan del reactor.)

    La energa que se deposita en el reactor es 190 MeV por fision,de los que 176 MeV se depositan de forma instantanea, y elresto de forma diferida en el tiempo.

    ME4010 Clase 5: Fision Nuclear