Energía Nuclear IIMarisol Romero

Fisión Nuclear • En la fisión nuclear el núcleo fisionable es impactado por un

neutrón ,PROCESO EN EL QUE NUCLEOS CON ALTO NUMERO MASICO SE DIVIDEN PARA DAR ORIGEN A DOS O MAS NUCLEOS CON NUMEROS MASICOS MENORES, MAS ESTABLES, POSEEN MAYOR ENERGÍA DE ENLACE Y EN EL PROCESO SE PRODUCE ENERGIA.

Si este proceso continua, ocurre una reacción en cadena, que es posible cuando se tiene una cantidad min de átomos fisionables llamada masa crítica la cual de no ser controlada, puede ocasionar una gigantesca explosión.

Los procesos de fisión nuclear se llevan a cabo en los reactores nucleares, grandes construcciones diseñadas para transformar la energía nuclear en otras formas energéticas, como la energía eléctrica.

Energía nuclear de Fisión

Ventajas Desventajas

• Es la energía que puede sustituir a los combustibles fósiles de manera masiva y barata,

• No produce humo ni dióxido de carbono, ni favorece el efecto invernadero; en consecuencia, resulta útil como sustituto de los combustibles fósiles

• Se pueden obtener grandes cantidades de energía con una pequeña cantidad de uranio.

• Como combustible para la fisión nuclear se usan barras de uranio

La energía nuclear no es renovable, los recursos de uranio son finitos

Las centrales nucleares actuales son muy fiables, pero se deben destinar importantes cantidades de dinero para garantizar su seguridad.

Un accidente nuclear sería un desastre inconmensurable

El principal problema lo constituyen los residuos radiactivos.

• Cuando núcleos muy ligeros se fusionan para formar núcleos más pesados y estables, se generan gran cantidad de energía.

• Estas reacciones corresponden a la fusión nuclear y son el origen de la energía que produce el sol.

• Fuente de energía prometedora a causa de la disponibilidad de isótopos ligeros y porque el proceso no elimina desechos radiactivos, es decir, no constituye una amenaza para el ambiente.

• Actualmente, para generar energía no se ha empleado este método porque no se han conseguido las temperaturas requeridas para obtener una fusión controlada, y por tanto, una liberación de energía también controlada.

FUSIÓN NUCLEAR

Requisitos de la reacción de fusión.

• Mantenerlos a una temperatura más alta que la del centro del sol (varios millones de grados) su velocidad sufre un incremento espectacular con la temperatura. Estas reacciones se llaman por lo tanto, reacciones termonucleares.

“Termonuclear” quiere decir, que los núcleos tienen un rango de energía característico para cada temperatura, lo que es importante al facilitar las reacciones de fusión rápidas mediante un incremento de la temperatura.

Energía nuclear de fusión • Es todavía una tecnología

en fase de investigación para su uso potencial en la generación de electricidad.

• Requiere de una energía de activación muy elevada ( 100 -300 mill de grados)

• Presenta numerosos problemas que afectan todas las etapas de la vida operativa del reactor. Es necesario contar con equipo especiales para mantener las temperaturas

VENTAJAS • Sintetizar una mayor

producción de energía por toneladas de combustible respecto al carbón o al gas.

• Utiliza recursos bastante accesible como el agua, un recurso barato y limpio.

• Es una técnica que no contamina, al menos no tanto como la fisión, no existen riesgos de radiactividad.

DESVENTAJAS

FISIÓN NUCLEAR•UN NUCLEO PESADO ES DIVIDIDO GENERALMENTE EN 2 NUCLEOSMAS LIGEROS DEBIDO A LA COLISION DE UN NEUTRON , AL DIVIDIRSE ESTE, LIBERA MAS NEUTRONES QUE COLISIONAN CON OTROS ATOMOS CREANDO LA REACCION EN CADENA•PELIGRO DE RADIOACTIVIDAD ( RIESGOS DE SALUD),FUENTE DE CONTAMINACION•REQUIERE DE UNA MATERIA PRIMA DE COSTOSA EXTRACCION (URANIO)

FUSIÓN NUCLEAR • UNION DE DOS O MAS NUCLEOS LIGEROS EN

UNO MAS PESADO, OBTENIENDOSE DEL ORDEN DE 4 VECES MAS ENERGIA QUE EN LA FISION.

• NO HAY PELIGRO (NO CONTAMINA TANTO)• NO (ISOTOPOS DE

HIDROGENO:DEUTERIO,TRITIO)

Decisiones científicas o políticas• 9 de Agosto 1945• Su procedimiento se basa en el impacto de un núcleo pesado

en elementos más ligeros mediante el bombardeo de neutrones que, al impactar en dicho material, provocan una reacción nuclear en cadena. Para que esto suceda hace falta usar núcleos fisionables como el uranio-235 o el plutonio-239.

- Bombas A: Se basan en la fisión nuclear y usan como combustible el uranio, plutonio y polonio y mezcla de ellos. Hoy, bombas A están instaladas en unos cohetes llamados misiles.

- Bombas H: Se basan en la fusión nuclear y el combustible es el hidrógeno y el helio. Para hacerla explotar es necesario someterla a temperaturas de varios millones grados Celsius. Esto se consigue haciendo explotar previamente una bomba A, que genera altas temperaturas haciendo posible la fusión del H y He junto con la liberación de energía.

- Bombas de neutrones: Es un caso modificado de la bomba H. Su funcionamiento se basa en reducir la onda expansiva, pero con una gran cantidad de partículas emitidas con niveles energéticos muy altos, y por tanto, con gran capacidad de penetración, provocando daños irreparables en las personas.

En la actualidad se identifican 3 clases principales de armas nucleares.

• Como sabemos, recibimos un bombardeo constante de radiación de fuentes naturales y artificiales, la llamada radiación de fondo .

• Las emisiones radiactivas tienen la potencia para ionizar la materia. Ocurre ionización cuando la radiación arranca un electrón de una molécula o átomo, formándose un ion. Son dañina para la salud de los seres vivos. La radiación gama, los rayos X y la luz UV de alta energía son ionizantes.

• La > de los tejidos vivos contienen cerca de 70% de agua en masa. Cuando la radiación ionizante pasa a través de un tejido vivo, se eliminan electrones de las moléculas de agua, con lo que se forman iones . A su vez, estos pueden reaccionar con otras moléculas de agua para producir por ejemplo radicales libres OH-

• El radical libre OH es una molécula inestable y muy reactiva y tiene la capacidad de atacar una multitud de biomoléculas circundantes para producir nuevos radicales libres.

• Provocar daños en macromoléculas como el ADN, los daños pueden ser agudos y casi inmediatos, como quemaduras de la piel, hemorragias, diarreas, infecciones o muerte; pero también existen efectos tardíos como los cánceres y los efectos en las generaciones siguientes del individuo irradiado.

¿Cómo nos afecta la radiación?

Dosis de radiación:• Los científicos han fijado normas de exposición a la radiación que establecen

relaciones entre dosis y la duración de la exposición a la radiación y los efectos biológicos.

• La unidad SI de dosis absorbida: gray (Gy) que corresponde a la absorción de 1J (joule) de energía por kilogramo de tejido.

• El rad es la unidad de uso más frecuente en medicina, donde 1 Gy = 100 rad. • Los efectos de la radiación varían según el tipo de radiación. • Para expresar el daño biológico en términos de la cantidad real de radiación

absorbida, se utilizan el rem y el sievert (Sv), donde 1 Sv = 100 rem.

• La radiación ionizante de fondo proveniente de fuentes naturales representa una dosis de unos 0,003 Sv por año para cada persona. Es recomendable que la exposición total a fuentes artificiales de radiación se limite a 0,005 Sv por año.

Aprovechamiento de la energía de la fisiónReactores nucleares, energía de fisión

• Una de las aplicaciones pacíficas de la fisión nuclear es la generación de electricidad utilizando el calor producido por una reacción en cadena, controlada en un reactor nuclear.

• El reactor nuclear es un sistema construido para controlar la energía que se produce en la reacción en cadena y que impide el aumento indefinido de las fisiones. Consiste básicamente, en una vasija en cuyo interior se deposita el combustible nuclear, que puede ser U- 235 o plutonio- 239.

Llamamos central nuclear a un complejo del reactor conectado al sistema de generación eléctrica. Es una instalación física donde se produce, mantiene y controla una reacción nuclear en cadena. La energía obtenida en una central es enorme en comparación a una termoeléctrica (1gr de uranio = 2500 Kg de carbón).

Los componentes de un reactor son:• Material moderador: Agua, que sirve para desacelerar los neutrones producidos en el proceso

de fisión.• Barras de control : Elaboradas con cadmio o boro, que absorben los neutrones. Sin estas barras

de control el calor generado derretiría el corazón del reactor, liberando materiales radiactivos al ambiente.

• Sistema de enfriamiento: Absorbe el calor producido por la fisión nuclear y lo transfiere fuera del corazón del reactor, transportándolo hacia un sistema donde se produce suficiente vapor de agua para hacer funcionar un generador eléctrico.

• Sistema de blindaje: evita la fuga de radiaciones al exterior del reactor

1. Núcleo2. Barras de control3. Generador de vapor4. Presionador5. Vasija6. Turbina7. Alternador8. Bomba9. Condensador10. Agua de refrigeración11. Contención de hormigón

• Los radioisótopos al servicio de la humanidad: En el transcurso de los procesos efectuados en los reactores nucleares se obtienen isótopos radiactivos que se emplean en innumerables ámbitos.- Mejorar los cultivos de plantas alimenticias- Preservar los alimentos y madera- Esterilizar instrumental médico- Combatir plagas- Diagnóstico médico- Producir radio fármacos- Terapia médica, etc.

• El uso de la radiación en medicina puede ser con propósitos de diagnóstico, (rayos X o exámenes de medicina nuclear) y para el tratamiento de enfermedades como el cáncer.

• En el estudio del medio ambiente, se utiliza para la detección y análisis de contaminantes.

Aplicaciones de las reacciones nucleares Los fenómenos radiactivos se utilizan en muchas ramas de la ciencia

siendo la química, la física y la medicina.

En la industria: Control de producción, generación de corriente eléctrica, conservación de alimentos, esterilización de instrumentos quirúrgicos. La irradiación de alimentos para almacenarlos y conservarlos.

En química: Uso de trazadores para determinar vestigios (éste último muy utilizado en ciencia espacial, geología, ecología, etc).

En la agricultura: en trazadores para estudiar como absorben los vegetales los fertilizantes, insecticidas, en el estudio de la efectividad de los nutrientes sobre distintos cultivos. En Chile, se aplica con éxito esta técnica para el control de la mosca de la fruta, lo que ha permitido la expansión de sus exportaciones agrícolas.

En Arqueología: La importancia que tiene para un país como Chile, en cuyo norte se conserva el pasado con características únicas en el mundo en relación al grado de conservación, así como también la reconstrucción del patrimonio histórico.

SERIE RADIACTIVA

Serie Radiactiva:• Aproximadamente 80 de los elementos de la tabla periódica son

estables, es decir, están formados a lo menos por un isótopo no radiactivo, incapaz de sufrir una desintegración nuclear; algunos ejemplos son el helio-4, carbono-12 y 13, oxígeno-16 y aproximadamente 260 núcleos más.

• Los núcleos radiactivos en cambio, pueden sufrir varias desintegraciones en sucesivas etapas, hasta lograr un núcleo estable. Así una serie de reacciones nucleares se llama serie radiactiva

• La cual inicia con el núcleo radiactivo y termina con el núcleo estable. Es oportuno aclarar que el decaimiento del núcleo radiactivo, además, de emitir radiaciones α y β, éstas van acompañadas frecuentemente por radiaciones γ; como liberan energía, los procesos de desintegración nuclear son exotérmicos.

Vida media • Para referirse a la velocidad con que ocurren las

desintegraciones nucleares utilizamos el concepto de vida media.

• Llamamos vida media de un elemento al tiempo que necesita la mitad de los átomos de una determinada muestra en sufrir una desintegración nuclear. La vida media del Ra-226 es de 1620 años. El símbolo de vida media es λ.

• La variedad de isótopos radiactivos tienen vidas medias que pueden extenderse desde fracciones segundo hasta los minutos, horas o días, y a través a los miles de millones de años. La radiactividad disminuye con el tiempo.

Isótopo Vida mediaDesintegración

Uranio-2384.500 millones de años

Alfa

Carbono-14 5.570 años Beta

Cobalto-60 5,3 años Gamma

Radón-222 4 días Beta

Unnilquadio-105

32 segundos Gamma

Ejercicios1. Determina el número atómico y el número másico del isótopo que

resultará después de que el emita tres partículas alfas y dos beta . Usando la tabla periódica indica a qué elemento corresponde.

2. Se tiene una muestra de 20 g de polonio-210, cuyo período de semidesintegración es de 138 días. ¿Qué cantidad quedará cuando hayan transcurrido 5 vidas medias?

3. En los huesos de un gato desenterrado en Egipto, se han encontrado 0,125 g de carbono-14. Si se tiene en cuenta el tiempo de vida media del carbono-14 es 5730 años y se estima que la masa inicial de carbono-14 era de 0,5 g. ¿Cuál es la antigüedad del fósil? Interpreta tus resultados en una tabla y luego en un gráfico de masa de C-14 versus tiempo.

4. El radón-222 se desintegra en un período de 4 días. Si inicialmente se dispone de 20 mg, ¿cuánto quedará al cabo de 10 vidas medias? Realiza un gráfico para explicar esta desintegración.

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