DEFINICION:
Energía obtenida del núcleo de los átomos. Hay dos formas de obtenerla: Por el método de fisión (división) o por el método de fusión (unión).
La física nuclear comienza con el descubrimiento de la radiactividad por Henri Becquerel en 1896.
FISICA NUCLEAR. Conceptos básicos.
Hay que designar una unidad de medida, ya que el gramo es una unidad grande. Se establece la uma (unidad de masa atómica), que al principio se estableció como la masa del átomo de hidrogeno, pero al final se definió como una doceava parte de la masa de un átomo de carbono 12.
Como la uma es muy pequeña, en los laboratorios y en la industria se utilizan múltiplos. Mol: cantidad de materia que contiene el nº de Avogadro(6.022•10(23)) entidades elementales.
El átomo esta constituido por núcleo, donde se encuentran los protones(+) y neutrones, y la corteza donde orbitan los electrones(-).
Isótopos: Elementos con el mismo nº atómico pero diferente número másico. Diferente nº de neutrones. Por tanto, la masa atómica de un elemento es el promedio de la masa de los isótopos que lo contienen.
Ley de conservación de la masa-energía: “En toda reacción química la suma de la masa de la materia y la energía que intervienen en ella es una cantidad constante.”
Defecto de masa: Masa transformada en energía durante una reacción de acuerdo con la ecuación de Einstein: E = m • c(2)
RADIACTIVIDAD
Algunos isótopos tienen la capacidad de emitir partículas, debido a su inestabilidad nuclear. El núcleo se transforma en el de otro elemento. Al fenómeno de la emisión espontánea de estas partículas se le conoce como radiactividad natural.
El descubrimiento de Henri Becquerel fue por casualidad (serendipia).
Las partículas emitidas son las α, β y γ.
Las partículas alpha tienen masa y carga eléctrica positiva. Son absorbidas por una hoja de papel o por la piel humana. Las partículas beta son partículas con muy poca masa y carga eléctrica negativa. Tienen mayor capacidad de penetración que las alpha, ya que son absorbidas por una lamina de metal, o por unos cuantos cms. de madera. Y las partículas gamma son la más peligrosas. No tienen ni masa ni carga (neutras) y solo son absorbidas por una lamina gruesa de plomo o por cemento.
RADIACTIVIDAD ARTIFICIAL
Son transformaciones que tienen lugar cuando son bombardeados los núcleos atómicos con diversas partículas. La primera transmutación art. por Rutherford.
ENERGIA DE ENLACE
Es la energía que mantiene unidos a los nucleones (protones y neutrones). Es el defecto de masa en una reacción. Energía liberada.
Δm = (Z • mH + (A-Z) mN) – M
mH: masa del protón mN: masa del neutrón
FISION
Obtención de dos átomos ligeros y energía al bombardear con neutrones un átomo pesado, como por ejemplo el U-235.
La fisión de un átomo de U-235 produce un promedio de 208 MeV. Así que la fisión de 1gr de U-235 producirá una energía aproximada de 8.52•10(10) J.
Materia fisionable:
El único isótopo fisionable por neutrones térmicos que existe en la naturaleza es el U-235. Se encuentra en una proporción del 0’71% en el uranio natural.
Hay otros isótopos fisionables, que no existen en la naturaleza, pero que pueden obtenerse fácilmente de forma artificial:
- U-233: Se obtiene por la captura de un neutrón por un nucleo de Th-232.
- Pu-239: Se forma por la captura de un neutrón intermedio o rápido por un nucleo de U-238.
- Pu-241: Se forma por la captura de un neutrón en el Pu-240, que procede de la captura de un neutrón por un nucleo de Pu-239.
Los núcleos que como el Th-232 y el U-238 dan origen a productos fisionables, se conocen como material fértil.
CENTRAL NUCLEAR
Se basa en una reacción de fisión, pero se tiene que producir una reacción en cadena controlada.
Para que se produzca y se mantenga esa reacción de fisión nuclear será necesaria una masa minima de material fisionable. Esta masa minima se conoce como masa critica.
En la bomba atómica (Bomba A) no es una reacción controlada. En este caso, el enriquecimiento del U-235 es del 90% y una masa mayor.
Para que transcurra la reacción en cadena, el nº de neutrones producidos en un determinado intervalo de tiempo ha de ser mayor que la suma de los absorbidos y los perdidos en ese mismo intervalo.
El principio de funcionamiento de una central nuclear es el mismo que el de otras centrales, como las de carbón o gas: la conversión de la energía contenida en un combustible en energía eléctrica.
Las centrales nucleares tienen una caldera llamada reactor nuclear, que no tiene sistemas de inyección continua de combustible y aire ni en él se necesita un sistema de eliminación de residuos.
Reactor: En él, el U natural se coloca en los reactores en forma de uranio metálico dispuesto en barras o tubos. El reactor consta de un moderador, que hace posible la reacción frenando los neutrones, para que sean más fáciles de absorber por el uranio, sin absorberlos. Los moderadores mas utilizados son el grafito, el agua normal, el agua pesada y algunos líquidos orgánicos.
Las centrales nucleares también tienen una serie de dispositivos de seguridad destinados a mantener bajo control la reacción de fisión en cadena y evitar la salida de radiaciones al exterior en caso de accidente.
Uno de esos dispositivos son las barras de control, unas varillas para absorber neutrones, y frenan la reacción.
Un segundo dispositivo son las barras de parada, para absorber neutrones. Se utilizan para parar la reacción en cadena.
Finalmente, hay unas barreras estancas para aislar al combustible de la reacción.
Producción de energía mecánica:
El vapor producido en el reactor nuclear se canaliza hacia la turbina donde hace girar sus palas. Así, se crea una energía mecánica de rotación.
En esta transformación, no se aprovecha toda la energía, ya que por las leyes de termodinámica, el rendimiento es de un 33% aprox.
Producción de energía eléctrica:
El giro de la turbina provocado por el vapor, se transmite a un alternador, que consiste en un conductor eléctrico que gira dentro de un campo magnético, produciendo electricidad.
La energía eléctrica producida pasa al parque de transformadores desde el que se canaliza a las redes de distribución.
TIPOS DE CENTRALES NUCLEARES
Pueden ser de varios tipos según las características de los elementos que constituyen su núcleo.
Los tres tipos mas extendidos son:
- De uranio natural como combustible, grafito como moderador y gas carbónico como fluido refrigerante.
- De uranio enriquecido como combustible y agua ordinaria en ebullición como moderador y refrigerante. Se llaman centrales de agua en ebullición.
- De uranio enriquecido como combustible y agua a presión como moderador y refrigerante.
Energía obtenida del núcleo de los átomos. Hay dos formas de obtenerla: Por el método de fisión (división) o por el método de fusión (unión).
La física nuclear comienza con el descubrimiento de la radiactividad por Henri Becquerel en 1896.
FISICA NUCLEAR. Conceptos básicos.
Hay que designar una unidad de medida, ya que el gramo es una unidad grande. Se establece la uma (unidad de masa atómica), que al principio se estableció como la masa del átomo de hidrogeno, pero al final se definió como una doceava parte de la masa de un átomo de carbono 12.
Como la uma es muy pequeña, en los laboratorios y en la industria se utilizan múltiplos. Mol: cantidad de materia que contiene el nº de Avogadro(6.022•10(23)) entidades elementales.
El átomo esta constituido por núcleo, donde se encuentran los protones(+) y neutrones, y la corteza donde orbitan los electrones(-).
Isótopos: Elementos con el mismo nº atómico pero diferente número másico. Diferente nº de neutrones. Por tanto, la masa atómica de un elemento es el promedio de la masa de los isótopos que lo contienen.
Ley de conservación de la masa-energía: “En toda reacción química la suma de la masa de la materia y la energía que intervienen en ella es una cantidad constante.”
Defecto de masa: Masa transformada en energía durante una reacción de acuerdo con la ecuación de Einstein: E = m • c(2)
RADIACTIVIDAD
Algunos isótopos tienen la capacidad de emitir partículas, debido a su inestabilidad nuclear. El núcleo se transforma en el de otro elemento. Al fenómeno de la emisión espontánea de estas partículas se le conoce como radiactividad natural.
El descubrimiento de Henri Becquerel fue por casualidad (serendipia).
Las partículas emitidas son las α, β y γ.
Las partículas alpha tienen masa y carga eléctrica positiva. Son absorbidas por una hoja de papel o por la piel humana. Las partículas beta son partículas con muy poca masa y carga eléctrica negativa. Tienen mayor capacidad de penetración que las alpha, ya que son absorbidas por una lamina de metal, o por unos cuantos cms. de madera. Y las partículas gamma son la más peligrosas. No tienen ni masa ni carga (neutras) y solo son absorbidas por una lamina gruesa de plomo o por cemento.
RADIACTIVIDAD ARTIFICIAL
Son transformaciones que tienen lugar cuando son bombardeados los núcleos atómicos con diversas partículas. La primera transmutación art. por Rutherford.
ENERGIA DE ENLACE
Es la energía que mantiene unidos a los nucleones (protones y neutrones). Es el defecto de masa en una reacción. Energía liberada.
Δm = (Z • mH + (A-Z) mN) – M
mH: masa del protón mN: masa del neutrón
FISION
Obtención de dos átomos ligeros y energía al bombardear con neutrones un átomo pesado, como por ejemplo el U-235.
La fisión de un átomo de U-235 produce un promedio de 208 MeV. Así que la fisión de 1gr de U-235 producirá una energía aproximada de 8.52•10(10) J.
Materia fisionable:
El único isótopo fisionable por neutrones térmicos que existe en la naturaleza es el U-235. Se encuentra en una proporción del 0’71% en el uranio natural.
Hay otros isótopos fisionables, que no existen en la naturaleza, pero que pueden obtenerse fácilmente de forma artificial:
- U-233: Se obtiene por la captura de un neutrón por un nucleo de Th-232.
- Pu-239: Se forma por la captura de un neutrón intermedio o rápido por un nucleo de U-238.
- Pu-241: Se forma por la captura de un neutrón en el Pu-240, que procede de la captura de un neutrón por un nucleo de Pu-239.
Los núcleos que como el Th-232 y el U-238 dan origen a productos fisionables, se conocen como material fértil.
CENTRAL NUCLEAR
Se basa en una reacción de fisión, pero se tiene que producir una reacción en cadena controlada.
Para que se produzca y se mantenga esa reacción de fisión nuclear será necesaria una masa minima de material fisionable. Esta masa minima se conoce como masa critica.
En la bomba atómica (Bomba A) no es una reacción controlada. En este caso, el enriquecimiento del U-235 es del 90% y una masa mayor.
Para que transcurra la reacción en cadena, el nº de neutrones producidos en un determinado intervalo de tiempo ha de ser mayor que la suma de los absorbidos y los perdidos en ese mismo intervalo.
El principio de funcionamiento de una central nuclear es el mismo que el de otras centrales, como las de carbón o gas: la conversión de la energía contenida en un combustible en energía eléctrica.
Las centrales nucleares tienen una caldera llamada reactor nuclear, que no tiene sistemas de inyección continua de combustible y aire ni en él se necesita un sistema de eliminación de residuos.
Reactor: En él, el U natural se coloca en los reactores en forma de uranio metálico dispuesto en barras o tubos. El reactor consta de un moderador, que hace posible la reacción frenando los neutrones, para que sean más fáciles de absorber por el uranio, sin absorberlos. Los moderadores mas utilizados son el grafito, el agua normal, el agua pesada y algunos líquidos orgánicos.
Las centrales nucleares también tienen una serie de dispositivos de seguridad destinados a mantener bajo control la reacción de fisión en cadena y evitar la salida de radiaciones al exterior en caso de accidente.
Uno de esos dispositivos son las barras de control, unas varillas para absorber neutrones, y frenan la reacción.
Un segundo dispositivo son las barras de parada, para absorber neutrones. Se utilizan para parar la reacción en cadena.
Finalmente, hay unas barreras estancas para aislar al combustible de la reacción.
Producción de energía mecánica:
El vapor producido en el reactor nuclear se canaliza hacia la turbina donde hace girar sus palas. Así, se crea una energía mecánica de rotación.
En esta transformación, no se aprovecha toda la energía, ya que por las leyes de termodinámica, el rendimiento es de un 33% aprox.
Producción de energía eléctrica:
El giro de la turbina provocado por el vapor, se transmite a un alternador, que consiste en un conductor eléctrico que gira dentro de un campo magnético, produciendo electricidad.
La energía eléctrica producida pasa al parque de transformadores desde el que se canaliza a las redes de distribución.
TIPOS DE CENTRALES NUCLEARES
Pueden ser de varios tipos según las características de los elementos que constituyen su núcleo.
Los tres tipos mas extendidos son:
- De uranio natural como combustible, grafito como moderador y gas carbónico como fluido refrigerante.
- De uranio enriquecido como combustible y agua ordinaria en ebullición como moderador y refrigerante. Se llaman centrales de agua en ebullición.
- De uranio enriquecido como combustible y agua a presión como moderador y refrigerante.
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