ME4010: Introduccion a la Ingenierıa Nuclear
Clase 5: Fision NuclearSergio Courtin V.
Marzo 2016
Departamento de Ingenierıa MecanicaFCFM - Universidad de Chile
ME4010 Clase 5: Fision Nuclear
Fision NuclearHistoria
En 1934, Enrico Fermi, observo que los neutrones termicos (depequena energıa) eran absorbidos mas facilmente que los neu-trones rapidos (de alta energıa).
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).
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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 energıa nuclear para finespracticos.
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Fision Nuclear
Para todos los elementos con aproximadamente A > 90, es unproceso exoenergetico.
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Fision Nuclear
Para todos los elementos con aproximadamente A > 90, es unproceso exoenergetico.
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Fision NuclearEtapas
Choque del neutron con el nucleo.
Formacion y decaimiento del nucleo compuesto inestable (apro-ximadamente entre 10−14 − 10−12 s).
Separacion del nucleo en 2 fragmentos (o en 3; probabilidad10−4). Emision de neutrones y gammas instantaneos (10−20 −10−17 s).
Frenado de los productos de fision (≈ 10−11 s).
Emision de neutrones y rayos gamma retardados (hasta variossegundos).
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Fision NuclearTipos de Nucleidos
Nucleidos fisibles: pueden fisionarse con neutrones de cualquierenergıa. U-233, U-235, Pu-239, Pu-241.
Nucleidos fisionables: requieren que el neutron posea una deter-minada energıa 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.
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Fision NuclearCompetencia entre Reacciones
Con los nucleidos fisibles a bajas energıas neutronicas solo son posi-bles tres tipos de interacciones: dispersion elastica, captura radiac-tiva y fision. Sin embargo, σS << σγ y σS << σf .
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Fision NuclearCompetencia entre Reacciones
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Fision NuclearCompetencia entre Reacciones
El cociente entre las secciones eficaces de captura y fision se deno-mina razon captura-fision y se indica por α.
α =σγσf
Para el U − 235, α = 0,175, es decir, la fision ocurre 6 veces masque la captura radiativa.
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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 +235
92 U →14456 Ba +89
36 Kr + 310n
10n +235
92 U →13552 Te +99
40 Zr + 210n
Fision del U − 235 con un neutron de 0.025 eV se produce enmas de cuarenta formas diferentes⇒mas de ochenta productosde fision primarios.
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Fision NuclearProductos de Fision
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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 partıculas β−.
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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.
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Fision NuclearEnergıa Liberada en la Fision
No toda la energıa liberada en el proceso se puede aprovechar.
Una parte de la energıa 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 energıa cinetica de los neutrones emitidos (2 porfision aprox.).6 MeV en fotones (radiacion gamma).165MeV en energıa cinetica de los productos de fision.
DIFERIDA:
14 MeV en radiactividad (beta y gamma)10 MeV en forma de neutrinos (escapan del reactor.)
La energıa 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.
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