sábado, 25 de agosto de 2012

Energía Nuclear: Proceso de fusión

La fusión es el proceso por el que dos núcleos de átomos ligeros (H, He, etc) se unen para formar un nuevo elemento más pesado.
Para lograrlo hay que suministrar a los átomos la energía suficiente para que, superanda la repulsión electrostática, se acerquen tanto sus núcleos que queden bajo la atracción de la fuerza nuclear fuerte residual aglutinados.
Para que se inicie la fusión se requiere una energía inicial de activación pero, una vez iniciada, la reacción es exotérmica y la energía liberada la automantiene. La fusión se produce en el Sol, pero para que los átomos de H de un globo aerostático se unan para formar He deben acercarse lo suficiente para que surjan las fuerzas de enlace entre sus núcleos (para ello necesitan una energía de activación).

Lograr la fusión de forma controlada tiene grandes dificultades técnicas. Se requiere muchísima energía de activación (hay que poner los átomos de combustible a 100 millones de ºC) por eso esta reacción se denomina termonuclear. A esta temperatura la materia se encuentra en estado de plasma (átomos en un mar de electrones desligados) y no se puede confinar en ningún recipiente porque ninguno soporta esta temperatura. 
La bomba de H es un ejemplo de reacción termonuclear no controlada. Para iniciar la reacción se hace explotar una bomba atómica convencional de uranio que aporta la energía inicial necesaria.

Ventajas de la fusión frente a la fisión
La fusión no produce residuos radiactivos como la fisión: es una energía limpia
La fusión no produce átomos radiactivos en los gases circundantes: no contamina por escape de los refrigerantes a la atmósfera.
El combustible nuclear es muy abundante (Hidrógeno,deuterio, tritio).
Tiene mayor rendimiento energético por nucleón que la de fisión.
La fusión es un proceso limpio, de energía barata y duradera que tecnológicamente se resiste a ser dominado por el hombre
Las energías nucleares (fisión y fusión) tienen frente a la térmica la ventaja de evitar el envío de CO2 a la atmósfera que contribuye al efecto invernadero y a la lluvia ácida.

Energía Nuclear: Proceso de Fisión

En la fisión, el núcleo estable, al ser bombardeado por partículas, se rompe en dos núcleos desiguales más ligeros. En el proceso se libera energía (proceso exotérmico) y se produce la emisión de varias partículas. Los neutrones son buenos proyectiles ya que al no tener carga son menos rechazados por parte del núcleo. Los neutrones emitidos en la fisión son neutrones rápidos y con energías altas del orden de 1 Mev. Pueden pasar a ser neutrones lentos o térmicos, con energías del orden de 1 ev, si pierden parte de su energía por choques con partículas de un moderador. La energía de un neutrón lento es suficiente para fisionar el U-235 en dos partes desiguales. Los núcleos masivos al romperse producen dos nuevos elementos. Estos núcleos suelen tener números másicos entre los valores 50 y 82. El proceso se puede escribir en dos etapas:


Este proceso es de gran utilidad porque:
1.- Se libera mucha energía
2.- El proceso se automantiene. La liberación de neutrones, dos o tres por cada núcleo fisionado (unos 2,5 de media), hace que estos puedan provocar nuevas fisiones al chocar con otros núcleos originándose así una reacción en cadena.

Proceso de Fisión: nº de neutrones, masa crítica y energía

Para que una reacción se mantenga es muy importante que por lo menos uno de los neutrones producidos impacte con otro núcleo fértil (fisionable) y lo fisione.
En la reacción se "quema" combustible nuclear.
La energía final de todos los núcleos y partículas menos la inicial constituye el balance energético de una reacción. Esto se puede aplicar a la fisión.
La energía por nucleón de los núcleos masivos es del orden de los 7,5 Mev por nucleón; la de los núcleos ligeros que se forman es de unos 8,4 Mev. Conociendo estos valores podemos hallar el balance energético de un proceso de fisión. 

Las reacciones nucleares