Se han publicado en la página correspondiente dos nuevas actividades (2 examen y 26) de la segunda parte, Interacción nuclear, de la unidad 5, Física del siglo XX, de la materia de Física de 2º de bachillerato. Tanto esta como otras actividades se puede ver en el manual correspondiente.
El ejercicio está relacionado con las reacciones nucleares, la energía de reacción y la fisión nuclear.
Concepto de reacción nuclear. Es el bombardeo de un núcleo (blanco) con un nucleón o grupo de ellos (proyectil).
Leyes de conservación.
Se conserva la energía total (masa–energía): no se conserva la masa sola.
Se conserva la cantidad de movimiento o momento lineal total.
Se conserva el momento cinético total.
Se conserva la carga eléctrica total. En el ejemplo: 7+2 = 8+1.
Se conserva el número total de nucleones. En el ejemplo: 14+4 = 17+1.
Energía de reacción (Q). Es la diferencia de energía de los reactivos y la energía de los productos de la reacción.
Se obtiene a partir de la diferencia de masas (defecto de masa) de los reactivos y los productos :
Δm=∑m_reactivos -∑m_productos
Q=Δm·c^2
Concepto de fisión nuclear. Reacción nuclear en la que un núcleo pesado se escinde (divide) en dos núcleos más ligeros y de masa parecidas (además de varios neutrones).
Se explica mediante la gráfica energía de enlace por nucleón frente al número másico, En-A: los núcleos ligeros tienen mayor energía de enlace por nucleón que el núcleo pesado.
Rasgos fundamentales.
Reacción muy energética (exoenergética, Q mayor que 0): Q aprox 200 MeV/reacción.
Importante fuente de energía (el consumo mundial de energía de 1995 se habría cubierto con 4000 toneladas de uranio).
Efecto multiplicador por la emisión de neutrones que pueden producir nuevas fisiones: reacción en cadena.
Los neutrones lentos (térmicos, Ec entre 1 y 40 eV) tiene mayor probabilidad de producir fisiones.
La reacción en cadena (autosostenida) se producirá si los neutrones no escapan sin producir fisiones: masa crítica: es la mínima masa necesaria para que se produzca la reacción en cadena. Si la masa es menor que la masa crítica no habrá reacción en cadena.
La reacción en cadena se puede controlar: reactores nucleares de fisión.
Los núclidos fisionables más importantes son: U-235 y Pu-239 (también lo son U-233(artificial) y el Pu-241). Este último, Pu-239, se pude obtener a partir del U-238
Reactores nucleares de fisión. Dispositivo en el que se producen reacciones de fisión de forma controlada (reacciones en cadena de forma autosostenida).
Constituyentes principales:
Combustible. Es el material fisionable: U-235 y Pu-239 (a partir del U-238).
El U-235 suele ser enriquecido al 1,5 , 2, 3 o 4% (en la naturaleza es del 0,7%): en forma UF6, UO2.
Moderador. Frena los neutrones “rápidos” procedentes de las fisiones. Suele ser un material ligero no absorbente de neutrones: hidrógeno (agua), deuterio (agua “pesada”), carbono (grafito).
Sistema de control. Se encarga de regular el número de reacciones y la producción de energía. Suelen ser barras de material absorbente de neutrones: cadmio, boro, gadolinio.
Refrigerante. Se encarga de extraer el calor del reactor. Suelen ser sustancias de alto calor específico: agua, dióxido de carbono, vapor de sodio.
El calor extraído convierte en vapor al agua que se encuentra en otro circuito: este vapor mueve una turbina conectada a un alternador en el que se produce la energía eléctrica.
Sistemas de protección, seguridad y blindaje. Se encargan de hacer que las reacciones de fisión de produzcan con la mayor seguridad posible para su entorno.
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