04 Sep
1.- Reacción a / p :
La primera reacción nuclear fue observada por Rutherford en 1919 en un experimento en que se bombardeó gas N con partículas a desde una fuente radiactiva. Obtenemos como productos oxígeno , hidrógeno , y Q. Donde Q es la energía liberada o absorbida durante la reacción nuclear. Si Q es positiva , la energía ha sido liberada y la reacción es exoenergética. Si Q es negativa , la energía ha sido absorbida y la reacción es endoenergética. Q también es llamada energía de desintegración y es igual a la diferencia de masa entre las partículas iniciales y las finales. El mínimo de energía para que tenga lugar la reacción es llamada energía umbral.LA Reacción EN LA CUAL UNA Partícula a Interactúa CON UN Núcleo PARA FORMAR UN Núcleo COMPUESTO , EL CUAL INMEDIATAMENTE SE DESINTEGRA EN UN NUEVO Núcleo POR LA Eyección DE UN Protón ES LLAMADA Reacción a , p
2.-Reacción a , n :
Bombardeo de un núcleo con partículas a , con la consiguiente emisión de Neutrón. Ejemplo típico Esta fue la primera reacción empleada para producir pequeñas fuentes de neutrones.
Un material que es una mezcla de radium y berilio se usa comúnmente como fuente de neutrones en investigación de laboratorio. En este caso las partículas a emitidas por el radium bombardean el núcleo de berilio y se eyectan Neutrón .
3.-Bombardeo de Protones :
La mayoría de las reacciones corresponden a la captura de un protón con emisión de un rayo gamma , se conoce como reacción p , gamma. Típico Otras posibles reacciones producidas por bombardeo de protones son del tipo p,n , p,d y p, a .
4.-Bombardeo de deuterón :
Un deuterón es una combinación de un protón y un neutrón. Esta combinación se rompe en el bombardeo con deuterones, dando como resultado un núcleo compuesto que emite un protón o un neutrón
5.- Bombardeo con neutrones :
Como los neutrones no tienen carga son muy efectivos para penetrar el núcleo y producir una reacción nuclear . Por lo tanto no necesitan una gran energía para penetrar el núcleo. De hecho se ha visto que son muy efectivos los neutrones lentos o termales, que son los neutrones con energía igual a la energía térmica de agitación de un material, que es aproximadamente 0,025 ev a temperatura ambiente.En la práctica una cámara de ionización que está llena con gas boro como BF3. La partícula a producida por la reacción n, a con boro, produce la ionización detectada por la cámara. El proceso más común de captura de neutrones es la reacción n, gama , en este caso el núcleo compuesto es llevado a un estado excitado y regresa inmediatamente a su estado normal con la emisión de un rayo gama. Productos de la reacción n, gamaen la mayoría de los casos se ha encontrado que son radiactivos, emiten partículas ß.
6.- Fotodesintegración :
La interacción entre un fotón de alta energía y un núcleo atómico puede producir una reacción nuclear y la emisión de uno o más nucleones. En la mayoría de los casos da como resultado la emisión de neutrones por el núcleo. Esta reacción tuvo un umbral de 10,86 Mev . Esto se calcula según la definición de energía umbral , que es la diferencia entre la energía de reposo del núcleo blanco y la del núcleo residual mas el nucleón(s) emitido. Como la energía de reposo de muchos nucleidos se conoce con precisión , el proceso de fotodesintegración se usa como base para calibrar la energía de máquinas productoras de fotones de alta energía.
7.-Fisión :
Esta reacción se produce por el bombardeo de ciertos nucleidos de alto número atómico con neutrones.. El núcleo después de absorber el neutrón, se divide en otros dos de menor número atómico, así como neutrones adicionales. Q energía que corresponde a la diferencia de masa entre las partículas iniciales y las finales. En el ejemplo anterior debe ser mayor a 200 Mev. Esta energía aparece como energía cinética de las partículas producto y como rayos gamma. Los neutrones generados en el proceso pueden también interactuar con otros nucleidos de uranio producíéndose una reacción en cadena, pero se requiere técnicamente de una masa crítica de material fisionable . La energía generada es enorme, es la mayor fuente de energía (reactores nucleares)
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8.- Fusión :
Es como el inverso de la fisión . Nucleidos de menor masa se combinan.La masa total de las partículas producidas es menor que el de las reactantes, y se libera energía en el proceso. En el ejemplo la menor masa es de 0,0189 uma, lo que da Q = 17,6 Mev. Este proceso requiere energías de activación mucho mayores que en el proceso de fisión. En este caso la energía de activación es la energía cinética necesaria para vencer las interacciones repulsivas entre los núcleos o partículas que colisionan; una vez formado el nuevo núcleo se libera una cantidad de energía mucho mayor que la energía cinética que tenían los núcleos antes de la fusión
Activación
Cuando una cierta cantidad de algún material se coloca en una ¨”pila”, puede llegar a activarse al ser bombardeado con neutrones dentro de la pila. Los elementos pueden hacerse radiactivos por varias reacciones nucleares.
Algunas de las cuales ya han sido descritas. El rendimiento de una reacción nuclear depende de parámetros tales como: -El número de partículas bombardeadas . -El número de núcleos blanco. -La probabilidad de la ocurrencia de la reacción nuclear. La probabilidad es llamada “sección eficaz” (s) para una reacción nuclear y se mide en “barns” , donde 1 barn= 10-24 cm2 / átomo. Depende de : -La naturaleza del material blanco. -Del tipo de partículas que bombardearan y de su energía. Al aproximarse los neutrones al núcleo, pueden producir: -Una reacción nuclear inmediata, tal como la fisión. -Se puede producir un nuevo isótopo estable en un estado excitado, el cual entregará su energía en la forma de un fotón gamma. -O se puede producir un núcleo radiactivo. Para nuestros propósitos nos interesa la actividad de un nucleido producido por neutrones lentos o termales.
El flujo de neutrones (n) :
Dependerá del tipo de pila. -dependerá de la posición dentro del reactor, ya que el flujo es más alto en el centro y más débil en la periferia. -su rango será de 1010 – 1014 neutrones / cm2 / seg.
REACTORES NUCLEARES
En un reactor nuclear, el proceso de fisión se hace auto sostenible por una reacción en cadena, en que alguno de los neutrones de la fisión son usados para inducir aún más fisiones. Generalmente el combustible nuclear es el Uranio 235, el Plutonio y el Torio son otros posibles. El combustible, en la forma de barrotes cilíndricos, son colocados en una rejilla dentro del corazón del reactor. Los neutrones liberados durante la fisión son neutrones rápidos, ellos tiene que ser desacelerados bajando su energía a termal (+-0,025 ev), por colisión con un nucleido de un material de bajo Z. Tales materiales son llamados “moderadores”. Moderadores típicos son el grafito, Berilio, Agua y Agua pesada. Los barrotes están inmersos en los moderadores. La reacción es controlada por la inserción de barrotes que absorben neutrones eficientemente, tales como Cadmio y Boro. La posición de estos barrotes de control determina el numero de neutrones disponibles para inducir la fisión. Uno de los mayores usos de los reactores nucleares es producir energía. El calor generado por la absorción de rayos gamma y neutrones es usado para generar energía eléctrica. MODERADORES: para bajar la energía del electrón rápido a electrón termal BARROTES DE CONTROL: de cadmio y boro para controlar el flujoLos reactores se clasifican:
Tipo de combustible usado La velocidad de los neutrones usados para iniciar la fisión del combustible Del tipo de moderador De acuerdo al propósito para el cual fue diseñado Combustible:
Puede ser Uranio natural que contiene una parte de Uranio 235 y 140 partes de Uranio 238, o Uranio enriquecido en el cual la proporción de Uranio 235 es mayor.
Velocidad:
Como los neutrones no tiene carga, no producen ionización, al pasar por la materia no pierden su energía. Se puede hacer que pierdan su energía por choque con otros átomos , el tipo de colisión que ocurra determina la energía perdida. Si colisiona con otra partícula de igual masa (núcleo de hidrógeno o protón) en un choque de frente perderá toda su energía y el protón será golpeado hacia afuera con la energía que tenía el neutrón originalmente. Pero, en la mayoría de las colisiones la energía entregada al protón es menor.
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