Energia nuclear de fision

Reactor nuclear

A diferencia de los libros existentes de física de reactores nucleares, ingeniería nuclear e ingeniería química nuclear, este libro abarca una descripción y evaluación completas de la generación de energía por fisión nuclear. Abarca todo el ciclo del combustible nuclear, desde la extracción del uranio natural de las minas, la conversión y el enriquecimiento del uranio hasta la fabricación de elementos combustibles para los núcleos de los distintos tipos de reactores de fisión. A continuación, se describen las diferentes opciones del ciclo del combustible y el almacenamiento final en depósitos de residuos nucleares, así como la liberación de radiactividad en condiciones normales y accidentales para todas las partes del ciclo del combustible nuclear y, en particular, para los diferentes tipos de reactores de fisión.

Fabricación de elementos combustibles de enriquecimiento Tecnología de los reactores de fisión Opciones del ciclo del combustible Generación de energía de fisión nuclear Ciclo del combustible nuclear Depósitos de residuos nucleares Seguridad de los reactores Enriquecimiento del uranio Conversión del mineral de uranio Prevención de la contaminación industrial

Fisión nuclear frente a fusión

Reacción de fisión inducida. Un neutrón es absorbido por un núcleo de uranio-235, convirtiéndolo brevemente en un núcleo de uranio-236 excitado, con la energía de excitación proporcionada por la energía cinética del neutrón más las fuerzas que unen al neutrón. El uranio-236, a su vez, se divide en elementos más ligeros que se mueven rápidamente (productos de fisión) y libera varios neutrones libres, uno o más “rayos gamma rápidos” (no mostrados) y una cantidad (proporcionalmente) grande de energía.

Descomposición radiactivaAlfa α – Beta β (2β (0v), β+)  – Captura K/L – Isomérica (Gamma γ – Conversión interna) – Fisión espontánea – Desintegración en racimo – Emisión de neutrones – Emisión de protonesEnergía de desintegración – Cadena de desintegración – Producto de desintegración – Nucleido radiogénico

La fisión nuclear es una reacción en la que el núcleo de un átomo se divide en dos o más núcleos más pequeños. El proceso de fisión produce a menudo fotones gamma y libera una gran cantidad de energía, incluso para los estándares energéticos de la desintegración radiactiva.

Hahn entendió que se había producido un “estallido” de los núcleos atómicos[1][2] Meitner lo explicó teóricamente en enero de 1939 junto con su sobrino Otto Robert Frisch. Frisch dio nombre al proceso por analogía con la fisión biológica de las células vivas. En el caso de los núclidos pesados, se trata de una reacción exotérmica que puede liberar grandes cantidades de energía tanto en forma de radiación electromagnética como de energía cinética de los fragmentos (calentando el material en bruto donde se produce la fisión). Al igual que la fusión nuclear, para que la fisión produzca energía, la energía total de enlace de los elementos resultantes debe ser mayor que la del elemento de partida.

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=El proceso de fisiónEn el núcleo de cada átomo de uranio-235 (U-235) hay 92 protones y 143 neutrones, para un total de 235. La disposición de las partículas dentro del uranio-235 es algo inestable y el núcleo puede desintegrarse si es excitado por una fuente externa. Cuando un núcleo de U-235 absorbe un neutrón adicional, se rompe rápidamente en dos partes. Este proceso se conoce como fisión (véase el diagrama siguiente). Cada vez que un núcleo de U-235 se divide, libera dos o tres neutrones. Por lo tanto, existe la posibilidad de crear una reacción en cadena.

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La fisión nuclear es el proceso de separación de núcleos (generalmente grandes). Cuando los núcleos grandes, como el uranio-235, se fisionan, se libera energía[2]. Se libera tanta energía que se produce una disminución medible de la masa, a partir de la equivalencia masa-energía. Esto significa que parte de la masa se convierte en energía. La cantidad de masa perdida en el proceso de fisión equivale a unos 3,20×10-11 J de energía. Este proceso de fisión ocurre generalmente cuando un núcleo grande que es relativamente inestable (lo que significa que hay algún nivel de desequilibrio en el núcleo entre la fuerza de Coulomb y la fuerza nuclear fuerte) es golpeado por un neutrón térmico de baja energía. Además de crearse núcleos más pequeños cuando se produce la fisión, ésta también libera neutrones.

Enrico Fermi dividió originalmente los núcleos de uranio en 1934. Creía que se podían producir ciertos elementos bombardeando el uranio con neutrones. Aunque esperaba que los nuevos núcleos tuvieran un número atómico mayor que el del uranio original, descubrió que los núcleos formados eran radioisótopos de elementos más ligeros[3] Estos resultados fueron interpretados correctamente por Lise Meitner y Otto Frisch durante las vacaciones de Navidad. Para leer este encantador relato sobre la historia de la ciencia nuclear, consulte este artículo.