La energía nuclear, también conocida como energía atómica , es la energía liberada en grandes cantidades por operaciones que influyen en los núcleos atómicos, los centros densos de los átomos. Se diferencia de la energía de otros fenómenos atómicos como las reacciones químicas típicas, que involucran únicamente a los electrones orbitales de los átomos. La fisión nuclear controlada en reactores, que actualmente se utilizan para generar electricidad en muchas partes del mundo, es una forma de liberar energía nuclear. La fusión nuclear controlada, otra forma de obtener energía nuclear, se ha mostrado prometedora, pero no se logrará para 2020. Tanto la fusión nuclear como la fisión nuclear han liberado cantidades masivas de energía nuclear.
Energía nuclear
La energía obtenida de la conversión de la masa nuclear se conoce como energía nuclear. La energía de enlace por nucleón de los núcleos ligeros y los núcleos pesados es pequeña en comparación con la energía de enlace por nucleón de los núcleos intermedios.
Cuando un núcleo pesado se divide en dos núcleos más ligeros, la energía de enlace por nucleón de la luz y los núcleos es mayor que la energía de enlace por nucleón del núcleo pesado original. Por lo tanto, se libera una gran cantidad de energía en el proceso de división del núcleo. Este proceso se conoce como fisión nuclear.
Por ejemplo, 1 kg de uranio en fisión da 10 14 J de energía mientras que 1 kg de carbón en combustión da 10 7 J de energía. Por otro lado, cuando dos núcleos ligeros se fusionan o se combinan para formar un núcleo relativamente pesado, la energía de enlace por nucleón aumenta. Se libera una gran cantidad de energía en el proceso conocido como fusión nuclear.
reacciones nucleares
Los núcleos atómicos sufren cambios como resultado de reacciones nucleares, que dan como resultado cambios en el átomo mismo. Las reacciones nucleares transforman un elemento en algo completamente diferente.
Si un núcleo interactúa con otras partículas y luego se separa sin cambiar las propiedades de otros núcleos, el proceso se denomina dispersión nuclear en lugar de una reacción nuclear. Esto no tiene nada que ver con la descomposición radiactiva. La fusión nuclear, que ocurre en materiales fisionables y da como resultado la fisión nuclear inducida, es una de las reacciones nucleares más visibles.
Tipos de reacciones nucleares
- Dispersión inelástica: cuando se transfiere energía, este fenómeno se denomina dispersión inelástica. Ocurre cuando el nivel de energía es más alto que el umbral. es decir
mi t = ((A+1)/A)× ε1
donde Et es la energía umbral inelástica y ε 1 es la energía del primer estado excitado.
- Dispersión elástica: la dispersión elástica ocurre cuando la energía se transfiere de una partícula a su núcleo previsto. Es el paso más importante en la desaceleración de los neutrones. Toda la energía cinética de cualquier sistema se conserva en caso de dispersión elástica.
- Reacciones de Transferencia: Las reacciones de transferencia se definen como la absorción de una partícula seguida por la emisión de una o dos partículas.
- Reacciones de captura: Las reacciones de captura ocurren cuando los núcleos capturan partículas neutras o cargadas seguidas de la emisión de rayos -. Los procesos de captura de neutrones crean nucleidos radiactivos.
¿Por qué la fusión nuclear se conoce como una reacción termonuclear ?
La fusión nuclear no puede tener lugar tan fácilmente. Cuando dos núcleos ligeros se acercan, ejercen una fuerza repulsiva entre sí debido a sus cargas positivas. Como tal, estos núcleos no pueden fusionarse. Estos núcleos se confunden si tienen suficiente energía cinética para vencer la fuerza de repulsión entre ellos. Una energía cinética alta implica una temperatura alta. Por lo tanto, la fusión nuclear se puede lograr a una temperatura muy alta y, por lo tanto, se conoce como reacción de fusión termonuclear. de hecho, se requiere una temperatura del orden de 10 7 K para desenstringr la fusión nuclear. Esta cantidad de temperatura está disponible en el núcleo del sol y otras estrellas, por lo que la fusión nuclear es posible en el sol y otras estrellas.
Aplicaciones de la Energía Nuclear
- Material fisionable (Combustible): El material fisionable utilizado en el reactor se denomina combustible del reactor. El isótopo de uranio (U 235 ), el isótopo de torio (Th 232 ) y los isótopos de plutonio (Pu 239 , Pu 240 y Pu 241 ) son los combustibles más utilizados en el reactor.
- Moderador : El moderador se utiliza para reducir la velocidad de los neutrones que se mueven rápidamente. Los moderadores más utilizados son el grafito, el agua y el agua pesada. cuando se usa agua pesada como moderador, entonces se puede usar uranio ordinario o no enriquecido como combustible porque el agua pesada tiene más neutrones para producir fisión. En el caso del agua ordinaria como moderador (que tiene pocos electrones), se utiliza uranio enriquecido como combustible.
- Material de control: el material de control se utiliza para controlar la reacción en string y mantener una velocidad de reacción estable. Este material controla el número de neutrones disponibles para la fisión. Por ejemplo, las varillas de cadmio se insertan en el núcleo del reactor porque pueden observar los neutrones. Los neutrones disponibles para la fisión se controlan moviendo las barras de cadmio dentro o fuera del núcleo del reactor.
- Refrigerante : El refrigerante es un material refrigerante que elimina el calor generado debido a la fisión en el reactor. Los refrigerantes comúnmente utilizados son agua, nitrógeno CO2 , etc.
- Escudo protector : un escudo protector en forma de una pared gruesa de hormigón rodea el núcleo del reactor para proteger a las personas que trabajan alrededor del reactor de las radiaciones peligrosas.
Problemas de muestra
Pregunta 1: Calcula la energía liberada en la siguiente reacción:
3 Li 6 + 0 n 1 ⇢ 2 He 4 + 1 H 3
donde Masa de 3 Li 6 =6.015126amu, Masa de 1 H 3 =3.016049amu, Masa de 2 He 4 =4.002604 amu, Masa de 0 n 1 =1.008665 amu.
Responder:
Masa total de reactivos = 6,015126 + 1,008665 = 7,023791 uma
Masa total de productos = 4,002604 + 3,016049 = 7,018653 amu
Diferencia de masa = (7,023791 – 7,018653) = 0,005138 uma
Energía liberada = 0,005138 × 931 MeV = 4,783 MeV .
Pregunta 2: El núcleo de un átomo es 92 Y 235 inicialmente en reposo, se desintegra emitiendo una partícula α según la ecuación:
92 Y 235 ⇢ 90 X 231 + 2 He 4 + Energía
Se da que las energías de unión por nucleón de los núcleos padre e hijo son 7,8 MeV y 7,835 MeV respectivamente y la de la partícula α es 7,07 MeV/nucleón. Suponiendo que el núcleo hijo se forme en estado no excitado y despreciando su participación en la energía de la reacción. Calcule la velocidad de la partícula α emitida. Tome la masa de la partícula α como 6.68 × 10 -27 kg.
Responder:
Q = (7,835 × 231) + (7,07 × 4) – (7,8 × 235 )MeV
= 5,18 MeV
= 5,18 × 1,6 × 10 -13 J
Toda esta energía cinética es tomada por la partícula α como se indica
1/2 mv 2 = 5,18 × 1,6 × 10 -13
1/2 × 6,68 × 10 -27 v2 = 5,18 × 1,6 × 10 -13
v = 1,57 × 10 7 m/s.
Pregunta 3: ¿Es posible la fisión del hierro ( 26 Fe 56) en aluminio ( 13 Al 28) como se indica a continuación?
26 Fe 56 ⇢ 13 Al 28 + 13 Al 28 +Q
Dado, Masa de 26 Fe 56 =55.934940u y masa de 13 Al 28 =27.98191 u.
Responder:
Valor Q = masa de 26 Fe 56 – 2 × masa de 13 Al 28
= (55,934940 – 2 × 27,98191) × 931,5 MeV/u
= -0,02892u × 931,5 MeV/u
= -26,94 MeV.
Pregunta 4: Se libera energía de 20 MeV por reacción de fusión
1 H 2 + 1 H 2 ⇢ 2 He 4 + 0 n 1
Calcular la masa de 1 H 2 consumida en un reactor de fusión de 1 MW de potencia en 1 día.
Responder:
P = 1 MW = 10 6 W = 10 6 Js-1
t = 1 día = 24 × 60 × 60 = 86400 s
Energía liberada en 1 día = 86400× 10 6 J
Energía liberada por fusión = 20MeV
= 20 × 1,6 × 10 -13 = 3,2 × 10 -12J
Masa de 1 H 2 consumida en una fusión ( 1 H 2 + 1 H 2 ) = 4u
= 4 × 1,66 × 10 -27 kg = 6,64 × 10 -27
= 6,64 × 10 -27 / 3,2 × 10 -12 × 86400 ×10 6
= 1,79 × 10 -4 kg
Pregunta 5: Calcular la energía liberada cuando tres partículas α ( 2 He 4 ) se fusionan para formar un núcleo de carbono ( 6 C 12 ), dado m ( 2 He 4 ) = 4,002603 amu.
Solución:
2 El 4 ⇢ 6 C 12 +Q
Q = m(3 2 He 4 ) – m( 6 C 12 )
= 12,0078 – 12 = 0,007809
Energía liberada = 0,007809 × 931 MeV
= 7,27 MeV
Publicación traducida automáticamente
Artículo escrito por anisharachel2012 y traducido por Barcelona Geeks. The original can be accessed here. Licence: CCBY-SA