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Reacciones nucleares

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power point sobre las reacciones nucleares

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Page 1: Reacciones nucleares
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1-TRANSMUTACIÓN NUCLEAR

2- FISIÓN NUCLEAR

3- FUSIÓN NUCLEAR

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1- TRANSMUTACIÓN NUCLEARReacción nuclear inducida en la cual la identidad de un núcleo cambia al ser golpeado por un neutrón o por otro núcleo.

La primera de estas reacciones la llevó a cabo en 1919 Ernest Rutherford, transformó el nitrógeno-14 en oxígeno-17.

14 N + 4 He 17 O + 1 H 7 2 8 1

Esta reacción también se puede representar: 14 N (, p) 17 O 7 8

Estas reacciones han permitido sintetizar cientos de radiosótopos en el laboratorio.

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Los núcleos se pueden bombardear:

a) con partículas

Estas partículas se deben mover a gran velocidad para vencer la repulsión electrostática que existe entre ellas y el núcleo objetivo. Cuanto mayor es la carga nuclear, más rápidamente se debe mover el proyectil para provoca la reacción nuclear.

Se utilizan como aceleradores de partículas el ciclotrón y el sincrotón. En estos aceleradores se combinan campos magnéticos y electrostáticos intensos.

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Esquema de un ciclotrón.

Las partículas con carga son aceleradas alrededor del anillo por aplicación de un voltaje alterno a las “des” ( electrodos huecos con forma de D)

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Vista aérea del Laboratorio del Acelerador Nacional Fermi de Batavia, Illinois. Las partículas son aceleradas hasta energías muy grandes haciéndolas circular a través de los imanes del anillo, cuya circunferencia es de 6,3 km.

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b) con neutrones

Casi todos los isótopos sintéticos que se usan en cantidades significativas en medicina y en la investigación científica se preparan empleando neutrones como proyectiles.

Como los neutrones son neutros, el núcleo no los repele; por lo tanto no deben ser acelerados.

Estos neutrones se obtienen de las reacciones que ocurren en los reactores nucleares.

Ejemplo: El cobalto-60 que se utiliza en el tratamiento del cáncer se produce por captura de neutrones 58 Fe + 1n 59 Fe 26 0 26

59Fe 59Co + 0e 26 27 -1

59Co + 1n 60Co 27 0 27

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2- FISIÓN NUCLEAREn esta reacción nuclear se produce la ruptura de núcleos de masa elevada al ser bombardeados con diferentes partículas (n, , p, etc.)La primera fisión nuclear que se descubrió fue la del uranio-235.

137Te + 97Zr + 2 1n 52 40 0

1n + 235U 92

142Ba + 91 Kr + 3 1n 56 36 0

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+

+

+

+

Reacción en cadena

En cada etapa se triplican las fisiones

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Para que se lleve a cabo una reacción de fisión en cadena, la muestra de material fisionable debe tener cierta masa mínima, llamada masa crítica; (un neutrón de cada fisión, en promedio, sirve para producir después otra fisión).

Si hay una masa menor a la masa crítica, masa subcrítica; los neutrones escapan de la muestra antes de tener la oportunidad de golpear otro núcleos y y provocar más fisiones. La cadena se detiene si se pierden suficientes neutrones.

Si hay una mayor a la masa crítica, masa supercrítica, son muy pocos los neutrones que escapan, por lo tanto la reacción en cadena multiplica el número de fisiones y puede finalizar en una explosión nuclear.

La masa crítica del uranio-235 es de alrededor de 1 kg.

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Diseño de la bomba atómica utilizada con fines bélicos en Hiroshima (Japón), el 6 de agosto de 1945.

Para iniciar la reacción de fisión se juntan violentamente, por medio de explosivos químicos, dos masas subcríticas de uranio 235. Juntas forman una masa supercrítica que generó la explosión nuclear.

La energía liberada por la bomba era equivalente a 20.000 toneladas de TNT.

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La primera bomba atómica de fisión estalló a las 5.30 horas de la madrugada del lunes 16 de julio de 1945, en Alamogordo, como resultado de las investigaciones dirigidas desde 1943 por Oppenheimer.

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Reactores nucleares

Las reacciones de fisión nuclear pueden utilizarse como fuentes de energía, en un reactor nuclear.El “combustible” son pastillas de UO2 , enriquecidas hasta aprox.3 % con uranio- 235. Estas pastillas se encierra en tubos de circonio o de acero inoxidable.Se utilizan barras de control de cadmio o boro que regulan la fisión absorbiendo neutrones y evitando que el reactor se sobrecaliente.También se moderan los neutrones con un líquido de enfriamiento que circula a través del núcleo.

Reactor nuclear

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Diseño básico de una central nuclear. El calor producido por el ”corazón” del reactor es transportado por un líquido de enfriamiento, como el agua a un generador de vapor. El vapor de agua así producido impulsa un generador eléctrico.

El almacenamiento de los productos radiactivos de la fisión sigue siendo un gran problema.....

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3-FUSIÓN NUCLEAREn esta reacción nuclear se unen núcleos de masa pequeña para formar núcleos de mayor masa.

Este tipo de reacción ocurre en la naturaleza en las estrellas y por ende en el Sol. Los estudios espectroscópicos indican que el Sol está compuesto de 73% de H, 26% de He y sólo 1% de todos los demás elementos. (porcentaje de la masa)Se piensa que se llevan a cabo las siguientes reacciones:

11H + 1

1H 21 H + 0

1e1

1H + 21 H 3

2 He

32He + 3

2 He 4

2 He + 2 11H

32He + 1

1H 42 He + 0

1e

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Hay teorías que explican el origen de los demás elementos por procesos de fusión.

Se han estado probando las reacciones de fusión como fuente de energía, pues liberan más energía que la fisión y los productos no son radiactivos.El problema es que se necesitan energías muy grandes para vencer la repulsión de los núcleos y comenzar la fusión. Esto se logra mediante una fisión en pequeña escala. Para que ocurra la siguiente fusión : 2

1H + 31 H 4

2 He + 1

0 nse requiere una temperatura aproximada de 40 000 000 K.Los productos están en forma de plasma a temperaturas del orden de millones de Kelvin, por lo tanto surge el problema de confinarlos. Esto se logra con enormes imanes en un aparato llamado tokamak.

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Dibujo del reactor experimenta de fusión tokamak. (Es un túnel magnético en forma de “dona”.)

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Realizado por Adriana Da MolinAbril,2008

En la siguiente diapositiva, está el trabajo a realizar en su cuadernola.

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Anote en su cuadernola (Teniendo en cuenta la presentación en Power Point)Reacciones nucleares

1-2-3-1-Transmutaciones nucleares Definición Ejemplo Usos2- Fisión nuclear Definición Ejemplo Concepto de reacción en cadena Usos3- Fusión nuclear Definición Ejemplo ¿Hay fusión nuclear artificial y natural? Cite ejemplos.Copie y complete el siguiente cuadro.

Fisión nuclear Fusión nuclearVentajasDesventajas

Lea el texto (se le proporcionará en la clase) : “Energía nuclear: no hay respuestas fáciles” Compare con lo que Ud anotó.