El documento describe los procesos de fisión y fusión nuclear, así como sus aplicaciones en bombas atómicas, centrales nucleares y reactores de fusión. La fisión nuclear se produce cuando un neutrón incide en un núcleo pesado como el uranio-235, dividiéndolo en núcleos más ligeros y liberando gran cantidad de energía. La fusión nuclear ocurre cuando núcleos pequeños como el deuterio y el tritio se fusionan para formar núcleos más grandes, también liberando energía a altas temperaturas.

1. Reacciones nucleares

2. Fisión nuclear Fusión nuclear

3. Fisión nuclear Bomba atómica Central nuclear

4. La utilidad de la fisión nuclear radica en la gran cantidad de energía liberada.

5. La bomba atómica basada en la fisión nuclear se empleó por primera vez en Hiroshima y Nagasaki durante la Segunda Guerra Mundial. Después de la Segunda Guerra Mundial se desarrolló una nueva generación de bombas más potentes y destructivas, llamada bombas de Hidrógeno las cuales se basan en una reacción de fusión nuclear.

6. En las Centrales nucleares se obtiene energía de la fisión del uranio. Hay cientos de centrales nucleares distribuidas en diferentes países del mundo. Algunos de ellos : Francia Japón Estados Unidos Alemania España Rusia Argentina Brasil México

7. Centrales nucleares

8. Fisión nuclear Neutrón Núcleo de Uranio La fisión nuclear es la ruptura o fragmentación de un núcleo pesado cuando incide en él un neutrón “lento”, originándose como resultado 2 núcleos más ligeros y liberándose gran cantidad de energía.

9. neutrón Núcleo de Uranio Energía

10. ¿Cuál es el origen de la energía liberada? La energía liberada en la fisión proviene de la transformación de parte de la masa nuclear en energía E=m.c 2 Ecuación de Einstein

11. ¿Qué núcleos se pueden fisionar? Uranio - 235 Plutonio - 239 Uranio - 233 Se puede inducir la fisión de otros núcleos pesados, pero estos 3 son los que tienen importancia práctica

12. La primera fisión nuclear que se descubrió fue la del uranio-235. Este núcleo, al igual que los de uranio-233 y plutonio-239, se fisiona cuando incide en él un neutrón lento. Un núcleo pesado se puede dividir de diferentes maneras.

13. Reacción en cadena Cada fisión del uranio produce 2 o 3 neutrones según de que modo se divida el núcleo. Estos neutrones pueden a su vez provocar otras fisiones y así sucesivamente.

14. Reacción en cadena

15. El número de fisiones y la energía liberada crecen rápidamente y si el proceso no se controla , el resultado es una violenta explosión. Es lo que sucede en la bomba atómica.

16. Para que se lleve a cabo una reacción de fisión en cadena, la muestra de material fisionable debe tener cierta masa mínima (masa crítica). De lo contrario, los neutrones escapan de la muestra antes de tener la oportunidad de impactar en otros núcleos y provocar más fisiones.

17. Las centrales nucleares pueden tener uno o más reactores. Constan de las siguientes partes: El reactor nuclear , donde se produce la reacción nuclear . El generador de vapor de agua. La turbina , que mueve un generador eléctrico para producir electricidad . El condensador , un intercambiador de calor que enfría el vapor transformándolo nuevamente en líquido. Una aplicación de la fisión nuclear con fines pacíficos pero controvertida , es la generación de electricidad a partir de la energía liberada en la reacción de fisión controlada de uranio o plutonio. Esto se lleva a cabo en las centrales nucleares.

18. Diseño básico de una central nuclear.

19. Este gráfico muestra con más detalle las partes principales de una Central nuclear.

20. Principales partes y componentes de un reactor nuclear. Núcleo del reactor donde se halla la vasija en donde tiene lugar la reacción de fisión . El mismo posee blindajes especiales para proteger de la radiactividad. Existen diferentes tipos de reactores nucleares. Algunos de ellos a modo de ejemplo: Reactores de agua a presión. Reactores de agua a ebullición. Reactores de agua pesada.

21. Moderador que tiene por finalidad reducir la velocidad de los neutrones para lograr un proceso más eficiente. En muchos reactores se utiliza H 2 O como moderador. En otros se utiliza agua pesada (D 2 O) y en otros carbono grafito. Barras de control que capturan los neutrones permitiendo regular la cantidad de éstos y de esta forma controlar la reacción en cadena. Se utiliza Cadmio (Cd) o Boro (B). Combustible nuclear : Uranio-235 en forma de óxido (UO 2 ) o Plutonio-239. Circuito de refrigeración que extrae la energía generada en el proceso de fisión el cual se utiliza para producir vapor de agua. Según el tipo de reactor se puede utilizar agua o gas ( por ej. CO 2 ).

22. Las barras de Cadmio o Boro capturan los neutrones teniendo lugar las siguientes reacciones nucleares: 113 1 114 48 Cd + 0 n 48 Cd + ү 10 1 7 4 5 B + 0 n 3 Li + 2 α

23. Vasija del reactor

24. Descubrimiento de la fisión Otto Hahn Lise Meitner

25. En 1934 Enrico Fermi experimentando con reacciones nucleares, bombardeó Uranio (Z=92) con neutrones, con la esperanza de obtener átomos del elemento de Z=93. El resultado obtenido lo desconcertó, pues no era lo que él esperaba obtener. Durante varios años nadie logró explicar lo sucedido.

26. Conocidos sus trabajos, otros físicos repitieron el experimento, entre ellos Otto Hanh y su colaboradora Lise Meitner. En 1938, Lise Meitner que era judía comienza a tener dificultades para trabajar en Alemania debido al régimen nazi, por lo que debe huir a Suecia.

27. Es en realidad Lise Meitner quien logra dar una explicación teórica correcta de lo sucedido : la fisión del núcleo de Uranio. Sin embargo no se le reconoció su contribución al descubrimiento de la fisión nuclear. Desde el exilio continua colaborando con Hahn.

28. Los méritos y el Premio Nobel de Química en 1944 por el descubrimiento de la fisión es otorgado exclusivamente a Otto Hahn

29. CRONOLOGÍA Enero de 1933 : los nazis llegan al poder en Alemania. Diciembre de 1938 : Otto Hahn, Lise Meitner y Fritz Strassmann, descubren la fisión nuclear. 2 de agosto de 1939 : Einstein advierte al Presidente Roosevelt sobre los peligros de una bomba atómica. 1 de setiembre de 1939 : Alemania invade Polonia e inaugura el Proyecto Uranio. 3 de setiembre de 1939 : Francia y Gran Bretaña declaran la guerra a Alemania. 1941 : Von Weizsäcker (fallido padre de la bomba atómica alemana) presenta una solicitud de patente para una bomba de plutonio. Diciembre de 1941 : comienza en los Álamos el Proyecto Manhattan.

30. 7 de diciembre de 1941 : Japón ataca Pearl Harbor. 8 de diciembre de 1941 : Estados Unidos entra en guerra. 7 de mayo de 1945 : rendición de Alemania. 6 de agosto de 1945 : Estados Unidos lanzan la bomba atómica en Hiroshima. 9 de agosto de 1945 : bombardeo a Nagasaki. 14 de agosto de 1945 : rendición de Japón.

31. Algo de historia … A la 1:45 de la madrugada del 6 de agosto de 1945 , el Enola Gay , un bombardero B-29 estadounidense, despegó de la isla Tinian en las Islas Marianas.Transportaba la 2º bomba atómica del mundo; la 1º se había detonado unos días antes en un campo de prueba en EEUU. A la 8:15 de la mañana, mientras los ciudadanos de Hiroshima se disponían a comenzar su día, el Enola Gay soltó su terrible carga que cayó cerca del centro de la ciudad. Enola Gay en exhibición

32. Como resultado de la explosión, el calor y el fuego envolvieron la ciudad. “ La temperatura del aire al momento de la explosión alcanzó varios millones de grados celsius … Varias millonésimas de segundos después, apareció una bola de fuego que irradiaba calor. Una diezmilésima de segundo después la bola de fuego se expandió hasta alcanzar un diámetro de 28m con una temperatura cercana a los 300 mil grados celsius.” Museo Memorial de Paz de Hiroshima Nube resultante de la explosión en Hisroshima

33. Para reflexionar … “ Cuando me preguntaron sobre algún arma capaz de contrarrestar el poder de la bomba atómica yo sugerí la mejor de todas: la paz.” Albert Einstein

34. Fusión nuclear Es el proceso mediante el cual 2 núcleos pequeños se fusionan para formar uno de mayor masa. En este proceso se libera enorme cantidad de energía

35. La energía liberada se origina porque en el proceso de fusión hay una pequeña parte de masa nuclear que se transforma en energía. E=m.c 2

36. La reacción de fusión más fácil de realizar es entre el deuterio y el tritio (isótopos del hidrógeno): Núcleo de deuterio Núcleo de Tritio Núcleo de Helio neutrón

37. Para que los núcleos pequeños puedan vencer la fuerza de repulsión entre ellos (ambos tienen carga positiva) y puedan fusionarse, es necesario suministrar una gran cantidad de energía. Este aporte de energía se logra calentando hasta alcanzar temperaturas de varios millones de grados Celsius.

38. La energía del sol y de las estrellas proviene de la fusión nuclear. En el interior del sol y las estrellas, las temperaturas son muy elevadas, lo que hace posible que se fusionen núcleos del elemento hidrógeno, originando Helio

39. La energía de fusión podría transformarse en una de las fuentes de energía más importantes del futuro. Las ventajas de la fusión frente a la fisión nuclear son: No genera desechos radiactivos. En tanto que los isótopos fisionables del Uranio son escasos, es abundante la cantidad de deuterio (Hidrógeno-2) contenida en el agua de los océanos.

40. El inconveniente de la fusión es que se requiere para poder iniciarse una temperatura extremadamente elevada. Se debe además confinar la materia muy caliente durante un cierto tiempo.

41. Reactor de fusión Tokamak Hoy existen en el mundo algunos reactores de prueba.

42. La fusión fría Este nombre se asigna a cualquier proceso de fusión nuclear que tenga lugar en condiciones de temperatura y presión cercanas a las ambientales . El anuncio en 1989 de que los químicos Stanley Pons y Martin Fleischmann habían logrado llevar a cabo la fusión fría generó sorpresa y grandes expectativas. Científicos de distintas partes del mundo intentaron repetir los experimentos pero sin poder obtener y verificar los resultados anunciados. En el mismo año el físico italiano Francesco Scaramuzzi, también anunció haber logrado la fusión fría trabajando a altas presiones.

43. Hoy se sigue realizando investigaciones en este tema … Hay quienes opinan que la fusión fría ya es una realidad y que intereses económicos vinculados al tema energético impiden que sea utilizada como fuente de energía … Sería una fuente de energía limpia que no genera desechos radiactivos (ni gases de efecto invernadero). De este modo no existiría el riesgo de contaminación radiactiva en caso de accidente como lo que ocurrió en Chernobyl (1986) o el accidente en la Central nuclear de Fukushima (2011). Monumento dedicado a las víctimas del accidente de Cheróbyl Central nuclear de Fuskushima