Fisión Nuclear

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Fisin Nuclear

1. Resumen Se denominan fisin y fusin nuclear a dos procesos nucleares exoenergticos con importantes aplicaciones. Ambos procesos producen cantidades extraordinariamente elevadas de energa, y ambos procesos son bsicos en la concepcin de los reactores nucleares utilizados en la produccin de energa elctrica. La fisin es un fenmeno que atae a los ncleos ms pesados (uranio y plutonio principalmente). La fusin, sin embargo, es un proceso que tiene lugar de forma natural en las estrellas. Por eso brillan (emiten fotones) y adems emiten otras partculas de gran inters para la astrofsica. A lo largo de este breve resumen acerca de la fisin y fusin se har una introduccin a los mecanismos y reacciones nucleares que tiene lugar en ambos procesos y tambin se trataran los dos usos prcticos ms importantes que se extraen de estos dos fenmenos que son la generacin de energa con los reactores nucleares y las armas nucleares. En el apartado dedicado a la fusin tambin se analiza al Sol como reactor termonuclear.

2. Introduccin El desarrollo de la Fsica Nuclear ocurri con mucha velocidad en la dcada de 1930. Siguiendo al descubrimiento del neutrn por parte de Chadwick en 1932, el siguiente paso fue estudiar los efectos de la exposicin de varios ncleos a los neutrones. Enrico Fermi y sus colaboradores en Italia expusieron algunos a los neutrones y estudiaron la radioactividad inducida que sigue a la captura electrnica. Descubrieron que de esos muchos ncleos decaan por emisin de al intentar el ncleo compensar el exceso de neutrones convirtiendo un neutrn en un protn. El resultado es un ncleo residual de nmero atmico una unidad mayor. (Este trabajo le vali a Fermi el premio Nobel en 1938). A continuacin se hizo uso de esta tcnica para aumentar el nmero atmico para producir elementos transuranidos, que son los que resultan ser ms pesados que el uranio. Fue en el transcurso de estos trabajos cuando Hahn (Premio Nobel de qumica en 1944) y Strassmann advirtieron la existencia de la fisin inducida por neutrones, una reaccin exoenergtica que, al existir la posibilidad de reaccin en cadena, se convirti en una reaccin que tiene aplicaciones prcticas como fuente de energa y que posibilito la realizacin de reactores de fisin. Cuando a principios de 1939 se verific que se emitan neutrones en el proceso de fisin, y que al parecer eran suficientes como para mantener una reaccin en cadena en una pila de uranio y grafito1. Este trabajo fue liderado por Fermi, que se traslado a los Estados Unidos, y culmin en el desarrollo del primer reactor nuclear operativo, el 2 de Diciembre de 1942, en Chicago. Debido al momento en el produjo el desarrollo de la fisin nuclear los primeros objetivos fueron de carcter blico, como la produccin de plutonio-239 (239Pu), que era considerado un material apropiado para una bomba de fisin.

La produccin de 239Pu requiri de la fabricacin de reactores mucho ms grandes que el de Chicago. Al concluir la guerra el inters cientfico segua focalizado en desarrollos armamentsticos, pero ya se empezaron a buscar usos civiles de entre los cuales destaca el desarrollo de la generacin elctrica con centrales nucleares. Debido a la sobreabundancia de combustibles fsiles no era necesaria una rpida implementacin de estas tcnicas. El primer uso de reactores nucleares para produccin de energa fue desarrollado por la U.S. Navy para sus flotas de submarinos en 1953.EL primer reactor civil se construy en Shippingport, Pennsylvania y se puso en funcionamiento en 1957. Tena una capacidad inferior a 100MW y era un reactor de agua ligera2. A partir de este momento se produjo un rpido crecimiento en el nmero de reactores operativos, en 1960 ya se encontraban en funcionamiento 14 reactores en los Estados Unidos. Este desarrollo continuo hasta finales de los aos setenta momento en el que dejaron de construirse nuevos reactores, hasta el da de hoy en Estados Unidos no se han desarrollado nuevos reactores nucleares, aunque en otros pases s que se ha continuado con el desarrollo de esta forma de produccin de energa, ya sea porque en ellos existe una poltica energtica diferente (Francia) o porque en esos pases el desarrollo de la energa nuclear fue ms tardo. Actualmente los reactores nucleares se usan hoy da en 31 pases para la generacin de electricidad. Suministrando aproximadamente un sexto de la electricidad total. En noviembre de 2003 estaban operativos 440 reactores nucleares para la produccin elctrica, con una capacidad total de 360 GWe. 2.1. Mecanismo fsico.

La fisin tiene resultado en principio por la competencia entre las fuerzas columbianas y nucleares en los ncleos pesados. La energa de ligadura debida a la fuerza nuclear crece aproximadamente en proporcin a A, mientras que la fuerza de repulsin columbiana entre los protones crece ms rpido, como Z2. Si pensamos en los ncleos pesados vemos que estos se encuentran muy cerca del extremo de la barrera de potencial, el potencial columbiano es entonces muy fino y fcil de atravesar. La fisin ocurre entonces de forma espontanea. Veamos un ejemplo: (1) En este caso el ncleo de uranio se escinde en dos ncleos que tendrn aproximadamente la mitad del nmero msico. Como la energa por nuclen de uranio es aproximadamente de 7.6 MeV y la energa por nuclen del paladio es de 8.5 MeV, tenemos un balance energtico: ( ) (2)

La reaccin es exotrmica, deprendindose 214 MeV, que aparece en su mayora (80 %) en forma de energa cintica de los fragmentos desprendidos. El hecho de que le desintegracin por fisin sea posible no quiere decir sea probable; en el caso del 238U es mucho ms importante la desintegracin : (3) (4) La fisin espontanea representa por tanto una fraccin 6 107 de los casos. La fisin no se convierte en un proceso de desintegracin significativo hasta que trabajamos con ncleos de masa superior a 250 uma. En la figura 1 podemos observar como para los elementos de masa cercana a la del uranio el balance energtico es positivo al fisionarse en dos elementos cuya masa sea aproximadamente la mitad. Como ya hemos visto en el ejemplo y en la grafica 1 la fisin espontanea es posible pero poco probable. Si deseamos que esta tenga lugar debemos de activar la fisin, bombardeando el ncleo pesado con neutrones trmicos, que son neutrones con una energa cercana a 0.025 eV (el equivalente de kT para la temperatura ambiente). La reaccin tpica es: (5) Se da la circunstancia de que el 236U que se forma tras la captura electrnica tiene una energa de excitacin; Eexc = 6, 5MeV , que es superior a la energa de excitacin necesaria para superar la barrera de fisin, que es de Ef = 6, 2MeV . En la figura2 observamos la variacin de la energa de fisin con el nmero msico y podemos ver que para ncleos con A 300 se convierte en el efecto dominante.

2.2.

Caractersticas de la fisin

Distribucin de la masa de los fragmentos. Ya hemos visto que la tpica reaccin de fisin inducida, al incidir con neutrones trmicos, es 5. Pero estos productos no son los nicos que se pueden dar, sino que hay una distribucin de la probabilidad de obtener una determinada masa en los productos, tal y como se muestra en la figura 3. La distribucin debe de ser simtrica respecto al centro, que sera aproximadamente la mitad de la masa del ncleo que se fisiona. La probabilidad de que se produzca la fisin en dos ncleos de masa similar (A1 A2) es unas 600 veces menos probable que la fisin en ncleos de masa A1 95 y A2 140. Sorprendentemente no existe explicacin para esta distribucin de las masas caracterstica de los procesos de fisin con bajas energas. Los procesos de fisin inducidos por partculas de alta energa favorecen sin embargo la creacin de ncleos de igual masa.

Figura 3: Energa de enlace de los nucleones. Se representa la probabilidad de cada uno de los ncleos frente a su masa. Nmero de neutrones emitidos. Los ncleos que se crean, supongamos la situacin ms probable, A=95 y A=140 deben compartir 92 protones. Supongamos que lo hacen en proporcin a sus masas, entonces los ncleos formados seran: 58 y 85: Pero el nmero de neutrones del rubidio estable es 42 y en al caso del cesio es 58, hay por tanto un exceso de neutrones que son emitidos en el instante de la fisin se les llama neutrones prompt. El nmero de estos neutrones emitidos depender de los ncleos que se creen en la fisin pero independientemente del ncleo original presenta una distribucin gaussiana. Emisin de neutrones retardados. Se les llama retardados porque se emiten unos segundos despus de la fisin debido a la desintegracin de uno de los ncleos que se producen en la fisin. La figura4 muestra un caso tpico.

Figura 4: Esquema de la desintegracin del 96Rb

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Sr

Cadenas radiactivas. Aparecen cadenas radiactivas que son debidas al elevado nmero medio de neutrones con los que se producen los ncleos resultantes de la fisin. Uno de los graves problemas prcticos de estas cadenas es que tienen miles o millones de aos de semiperiodo. Unos ejemplos son:

Estos elementos de vida media larga conllevan problemas de almacenamiento, seguridad, transporte, etc. Seccin eficaz de la fisin. La figura5 muestra seccin eficaz del 235U y del 238U. Observamos que para el 235U en la regin trmica hay una dependencia de la seccin eficaz en la forma 1/v. Tambin podemos observar numerosas resonancias en la regin entre 1-100 eV. Es importante destacar que la seccin eficaz en la zona trmica es varios rdenes de magnitud mayor que para neutrones rpidos. Por tanto, si queremos usar los neutrones rpidos emitidos en la fisin para producir nuevas fisiones debern de ser primero frenados hasta el rango trmico. Para el 238U es imposible la fisin en el rango trmico, solo puede ocurrir para neutrones rpidos.

Figura 5: Seccin eficaz para la fisin del 235U y 238U en funcin de la energa del neutrn incidente. 2.3. Reacciones de fisin controlada. Consideremos una cantidad grande de uranio, que de momento asumiremos tiene la composicin normal (0,72% 235U, 99,28% 238U). Un proceso aislado de fisin producir, en promedio, 2.5 neutrones. Cada uno de estos neutrones de segunda generacin ser capaz de producir otra fisin que seguir produciendo neutrones y as sucesivamente. Cada una de estas reacciones desprende aproximadamente 250MeV. Definiremos el factor de reproduccin de neutrones k1, este factor da el nmero de neutrones trmicos pasan de una reaccin a la otra. Para que una reaccin en cadena tenga continuidad es necesario que k1 _ 1. Aunque que tenemos una media de 2.5 neutrones emitidos por fisin, son neutrones rpidos, para los que sabemos que la seccin eficaz es pequea. Es por tanto ventajoso moderar la velocidad de estos electrones hasta llegar a la velocidad trmica. En este proceso de frenado los 2.5 neutrones emitidos pueden llegar a ser menos que uno. La mejor forma de frenar los neutrones con conexiones elsticas con

ncleos ligeros, a los cuales los neutrones transfieren mucha energa. La eleccin ms popular como moderador es carbn en forma de bloques de grafito. Una estructura de bloques de uranio alternado con bloques de grafito es lo que se llama pila 4. Esta pila tendr tres estados posibles: , critica , subcritica , supercrtica reaccin en cadena se apaga la reaccin explosin (8) (9) (10)

Para calcular el valor del factor de reproduccin usamos la formula de los cuatro factores: (11) El significado de los factores es el siguiente: -Factor eta- Representa el nmero de neutrones producidos por fisin, por cada neutrn trmico absorbido por el combustible. Si partimos de N neutrones, quedarn N neutrones aptos para causar la fisin. Se estima por la frmula: (12) donde es el nmero de neutrones por fisin, son las secciones eficaces de fisin y absorcin respectivamente. Para el 235U al 3% se llega a = 1,84. -Factor de fisin rpida- Da la ganancia en neutrones debidos a la fisin del 238U ( = 1,03), producida por los neutrones prompt. p-Probabilidad de escape a la resonancia- Da el nmero de neutrones que son absorbidos por resonancias del 238U al producirse el frenado, mientras pasan por la regin de 10-100 eV. Como podemos observar en la figura6 la seccin eficaz de absorcin de esas resonancias es muy grande y si dejamos que esos neutrones entren en contacto con los ncleos de 238U perderemos todos los neutrones. Para evitar esto se colocan intercalados con los bloques de uranio bloques del moderador en donde los electrones alcanzan la energa trmica antes de volver a entrar en contacto con el uranio, la distancia tpica en el grafito es de 19 cm. En este caso p 0,9.

Figura 6: Regin de resonancia en la captura de

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U.

f-Factor de utilizacin trmica- es el factor que corrige las prdidas debidas a la captura de neutrones trmicos por parte del moderador, aunque la seccin eficaz de captura es pequea hay mucha cantidad de moderador lo que conduce a valores tpicos de f _= 0,9

De esta forma el factor de reproduccin de neutrones sera = 1,11 Pero esto sera sin tener en cuenta las prdidas de neutrones en la superficie de los trozos de uranio, habra que considerar esta prdida tanto para los neutrones rpidos y los trmicos. Si llamamos lf y lt a las fracciones que de neutrones perdidos para cada uno la frmula completa para el factor de reproduccin ser: ( )( ) (13)

Cuanto ms grande sea la pila menor ser la superficie en relacin al volumen y por tanto menor ser la prdida. Si lf y lt son pequeos, entonces k1 k k(lf + lt). Supondremos que la prdida total decrece conforme el rea de la superficie aumenta. Adems la prdida aumentara con la distancia que el neutrn es capaz de recorrer antes de la absorcin, que es lo que llamamos longitud de migracin M. Esta longitud de migracin incluye dos contribuciones: la longitud de difusin Ld para neutrones trmicos, que es la distancia que un neutrn trmico puede recorrer en promedio antes de ser absorbido, y la distancia de frenado Ls en la que los neutrones rpidos se frenan hasta le energa trmica: ( ) (14)

Si la pila tiene una dimensin R (radio, si es una esfera, o longitud del lado si es un cubo), entonces es razonable suponer que ( k) / R2 y como tambin depende de M si no hay ms parmetros involucrados debemos esperar que: (15) Tendremos un tamao crtico si k = 1.

Si estamos en una pila esfrica de uranio-grafito, en donde ld = 50,8cm y ls = 18,7cm y k1 = 1,1, entonces:

Estudiemos a continuacin las constantes de tiempo que se dan en la multiplicacin de neutrones. Los neutrones estn caracterizados por una constante de tiempo , que incluye el tiempo necesario de frenado (alrededor de 106s) y el tiempo de difusin antes de la absorcin (alrededor de 10 3s). Sea k el factor de reproduccin y si hay N neutrones en un tiempo t, habrn en promedio kN neutrones en un tiempo t + , de modo que: ( )( )

(18)

Si el reactor es suscritico el nmero de neutrones decae exponencialmente, si es crtico entonces N = cte., si es supercrtico el nmero de neutrones crece Exponencialmente. Los reactores operan en modo subcrtico, haciendo uso de los neutrones retardados para alcanzar el nivel crtico y empleando barras de control de materiales como el cadmio, que tienen gran probabilidad de capturar neutrones, logran controlar el nmero de neutrones en la pila.

2.4.

Reactores de fisin. Todos los reactores consisten en los mismos elementos esenciales: el combustible, o material fisionable; un moderador para termalizar los neutrones (puede no existir en los reactores de neutrones rpidos); un reflector que rodea al ncleo (conjunto de combustible y moderador) para reducir la prdida de electrones y el tamao crtico del reactor; blindaje para evitar que los neutrones y rayos causen daos biolgicos al personal; refrigerante para enfriar el ncleo; sistemas de emergencia y un sistema de control. Tipos de reactor. Comencemos clasificndolos segn el uso que se pretende hacer de ellos, tenemos as tres tipos: Generacin de energa, investigacin y conversin. Generadores de energa son dispositivos para extraer la energa cintica de los fragmentos en forma de calor y transformndola en energa elctrica, en la mayor parte de los casos haciendo hervir agua y llevando el vapor hasta las turbinas. Las consideraciones de dise de los reactores estn influidas por los factores termodinmicos de eficiencia de los dispositivos de calor tanto como por los factores de ingeniera nuclear. De hecho el ensamblaje del combustible supone una fraccin pequea de los costes del reactor, la mayor parte de los gastos estn asociados al blindaje, el aislamiento y el equipo de generacin elctrico.

Es por tanto ms econmico fabricar reactores grandes que varios reactores pequeos. Reactores de investigacin en general se utilizan para producir neutrones para la investigacin en reas como la fsica del estado slido o la propia fsica nuclear. Estos reactores suelen trabajar a bajos niveles de energa (1 - 10MW). Convertidores son reactores diseados para convertir materiales no fisionables en otros que s lo son bombardendolos con neutrones trmicos. Las conversiones que se suelen dar son: 238U 239 Pu y 232Th 233 U. En ambos casos la conversin implica la captura de un electrn seguida de dos desintegraciones : (19) (20) (21) (22)

Los isotopos como el 238U y 232Th que pueden transformarse en material fisible con neutrones trmicos son llamados istopos frtiles. En principio es posible disear reactores en los que el valor de sea como mnimo 2. Si uno de los neutrones va a mantener la reaccin en cadena y el otro va al material frtil, entonces tomando un el reactor produce ms material fisible que el qu consume y entonces diremos que es un productor. Energa de los neutrones. Es posible disear reactores que trabajen con neutrones trmicos, intermedios o rpidos. Anteriormente ya hemos tratado en profundidad lo relacionado con los neutrones lentos, respecto de los neutrones con energa intermedia (eV a keV) la ventaja que tienen es que requieren menos volumen que un reactor trmico, esos reactores fueron originalmente desarrollados para la propulsin en submarinos. Los reactores rpidos tienen la particularidad de que no necesitan ningn moderador, pero debido a que los neutrones rpidos tienen muy poca seccin eficaz se necesita mucho ms combustible que en un reactor trmico para proporcionar el mismo nivel de energa. Aunque su ncleo sea ms pequeo porque no necesita moderador. Tipo de combustible. Los combustibles ms usados son el uranio natural (0,72%235U), el uranio enriquecido (_ 0,72%235U), 239Pu y 233U. Estos dos ltimos combustibles se obtienen qumicamente, con convertidores productores. El uranio enriquecido, que es el combustible ms usado para reactores generadores de energa, se produce en grandes cantidades usando procesos que explotan la pequea diferencia de masa entre el 235U y el 238U. Uno de estos procesos es la difusin gaseosa; en la que se hace pasar UF6 gas atreves de una barrera porosa. El coeficiente de difusin de un gas es inversamente

proporcional a la raz cuadrada de su masa y entonces el istopo ms ligero fluir ms rpido. El enriquecimiento que se obtiene al atravesar la barrera es de un 0,4% relativo, para poder obtener uranio enriquecido hay que realizar el proceso miles de veces. Moderador. Las caractersticas del moderador ideal son: 1. Ser barato y abundante. 2. Ser qumicamente estable. 3. Tener masa cercana a uno. (Para absorber la energa mxima al colisionar con los neutrones) 4. Ser lquido o slido. (Densidad alta) 5. Tener seccin eficaz de captura neutrnica baja. El carbn en forma de grafito satisface las condiciones 1, 1, 4 y 5, y se puede compensar el que la prdida de energa por choque sea relativamente pequea aumentando la cantidad de moderador. El agua normal satisface 1, 2, 3 y 4 pero los protones del agua tienen una gran seccin eficaz de absorber a los neutrones (n + p d + ). El agua pesada (D2O) tiene una seccin eficaz pequea para la captura electrnica, pero cuando tiene lugar la captura se produce tritio, que es radioactivo y muy peligroso. Los reactores moderados con agua pesada pueden usar uranio natural como combustible, los de agua comn sin embargo necesitan uranio enriquecido, porque absorben ms neutrones. Ensamblaje. Normalmente decimos que un reactor es heterogneo cuando el moderador y el combustible estn separados en bloques y que es homogneo cuando se encuentran mezclados. Los reactores homogneos son ms sencillos de analizar matemticamente que los heterogneos, donde calcular el factor de utilizacin trmico y la probabilidad de escape de la resonancia es particularmente complicado. Refrigerante. El refrigerante es un elemento fundamental del reactor sin el cual el calor generado podra fundir el ncleo. En el dise de reactores generadores de energa es de especial importancia la capacidad del refrigerante de transferir el calor eficientemente. Los materiales refrigerantes pueden ser gases (aire, CO2, helio) agua o otros lquidos, o incluso metales lquidos, que tienen gran capacidad calorfica. Debido a que el vapor tiene poca capacidad calorfica cuando usamos agua como refrigerante debemos de mantenerla a altas presiones (100 atmosferas) para que se mantenga lquida a altas temperaturas, estos son los llamados reactores de agua a presin. Para los reactores rpidos de produccin se usa el sodio lquido como refrigerante, aunque tiene las desventajas de ser altamente corrosivo y de que se vuelve radioactivo debido a su gran seccin eficaz de captura electrnica. Dentro de los reactores generadores de energa los tipos bsicos en la actualidad son: LWR-Light Water Reactors (Reactores de Agua Ligera): Utilizan como refrigerante y moderador el agua. Como combustible uranio enriquecido. Los ms utilizados son los BWR7 (Boiling Water Reactor o Reactores de Agua en Ebullicin) y los PWR (Pressure Water Reactor o Reactores de

Agua a Presin), estos ltimos considerados en la actualidad como el estndar. (345 en funcionamiento en el 2001)

Figura 7: Esquema del reactor de agua en ebullicin. CANDU- Canada Deuterium Uranium (Canada Deuterio Uranio): Utilizan como moderador y refrigerante agua pesada. Como Combustible utilizan uranio natural. (34 en funcionamiento en el 2001) FBR-Fast Breeder Reactors (Reactores Rpidos Realimentados): Utilizan neutrones rpidos en lugar de trmicos para la consecucin de la fisin. Como combustible utiliza plutonio y como refrigerante sodio lquido. Este reactor no necesita moderador. (4 en funcionamiento en el 2001) HTGR- High Temperature Gas-cooled Reactor (Reactor de Alta Temperatura Refrigerado por Gas): Usa una mezcla de torio y uranio como combustible. Como refrigerante utiliza helio y como moderador grafito. (34 n funcionamiento en el 2001) RBMK- Reactor Bolshoy Moshchnosty Kanalny (Reactor de Canales de Alta Potencia): Su principal funcin es la produccin de plutonio, y como subproducto genera electricidad. Utiliza grafito como moderador y agua como refrigerante, usa uranio enriquecido como combustible y no puede recargarse en marcha. El reactor de Chernbil era de este tipo.(14 en funcionamiento en el 2001)

Figura 8: Esquema del reactor CANDU. ADS- Accelerator Driven System (Sistema Asistido por Acelerador): Utiliza una masa suscritica de torio, en la que se produce la fisin solo por la introduccin, mediante aceleradores de partculas, de neutrones en el reactor. Se encuentran en fase de experimentacin, y una de sus funciones fundamentales ser la eliminacin de los residuos nucleares producidos en otros reactores de fisin.

2.5.

Armas de fisin. Si se permite que el aumento exponencial de energa que ocurre al ensamblar una cantidad supercrtica de 235U o 239Pu contine sin control llegaremos rpidamente a una situacin altamente inestable. La energa desarrollada por el material fisionable debe ser disipada, y en este proceso a menudo el combustible de la fisin se despedaza, volviendo por tanto al estado subcrtico. En el ncleo de un reactor el 235U no est lo suficientemente enriquecido ni concentrado para crear una explosin, incluso si lo hacemos supercrtico. Para fabricar un explosivo nuclear es necesario emplazar componentes subcrticos en un montaje supercrtico, y hacerlo tan rpido que la energa liberada tenga los efectos explosivos deseados antes de que la inercia de la masa crtica se pierda y el combustible se desmenuce volviendo a ser subcrtico. Dos diseos bsicos se emplean en la construccin de explosivos basados en la fisin. El primero es el tipo arma en este caso una masa pura de 235U se corta con forma esfrica con un agujero cilndrico en su centro. El cilindr de material se coloca rpidamente en el centro de la esfera y el montaje se vuelve supercrtico. La bomba que se lanzo sobre Hiroshima9 que de este tipo. La energa liberada fue de unos 1014J o 20 kilotones de TNT.

Figura 9: Bomba tipo Little Boy, lanzada sobre Hiroshima. El segundo dise es el tipo implosin. Aqu una esfera slida de masa suscritica est rodeada por una cubierta esfrica de explosivos convencionales. Cuando estos explosivos son detonados una onda de choque esfrica comprime el material fisionable a un estado supercrtico. El primer explosivo nuclear probado cerca de Alamogordo y la bomba de Nagasaki10 eran de este tipo. Aunque muchos de los detalles de la construccin de explosivos de fisin son secretos, basndonos en las dimensiones fsicas conocidas podemos estimar

que el material fisible ocupa una esfera de unos 10cm de dimetro y tiene por tanto una masa de unos 10Kg.

Figura 10: Versin de la bomba tipo implosin posterior a la II guerra mundial. Los efectos de una explosin son de varias categoras: la explosin en s, el radiacin en forma de calor (bola de fuego), la radiacin nuclear directa y la radiacin nuclear indirecta. Explosin La explosin directa de un arma nuclear puede considerarse como un frente de onda esfrico que se expande rpidamente transportando un sbito incremento y descenso inmediatamente posterior de la presin de aire. La densidad de energa de esta onda esfrica decrece como 1/r2, pero incluso a la distancia de un kilometro de una explosin de 20 kilotones, el incremento en la presin es del orden de una atmsfera, suficiente como para destruir edificios de ladrillos. A dos kilmetros la presin slo es de unas 0.25 atmsferas, suficiente como para destruir edificios de madera y para lanzar escombros a unos 150 km/h. Radiacin de calor La radiacin de calor tambin decrece como 1/r2 por ser una onda, pero adems tambin decrece exponencialmente debido a la absorcin de la atmsfera. A dos kilmetros de nuestra explosin de 20 kilotones, la onda de calor (que tarda unos dos segundos en llegar despus de la explosin) es suficiente como para provocar quemaduras de tercer grado e incendiar materiales inflamables como la madera y la ropa. Un efecto indirecto de la gran cantidad de fuegos producidos por esta radiacin es la tormenta de fuego, en la que el calor producido por los fuegos crea un viento raso que incrementa la intensidad y propagacin de los incendios. (Este efecto tambin se da en los bombardeos masivos con armas convencionales) Radiacin nuclear directa Son neutrones y que tambin decrecen como 1/r2 y exponencialmente, y la distancia en la que se recibiran dosis letales de radiacin es aproximadamente la misma a la que se reciben daos letales por

explosin quemadura. Incluso las dosis ms pequeas recibidas a mayores distancias pueden tener efectos a largo plazo, que incluyen el aumento de casos de cncer, leucemia y malformaciones. Radiacin nuclear indirecta Los productos radiactivos de la fisin son vaporizados en la explosin y caen al suelo como una lluvia radiactiva. Parte de este material puede ser transportado, como una nube de vapor, a gran altura en la atmsfera. Esta nube de radiactividad puede circular en la parte superior de la atmsfera durante un ao o ms y gradualmente vuelve a caer al suelo. Algunos productos de poca vida media se desintegran durante ese tiempo, pero otros como el istopo 90Sr permanecen an. Este istopo es especialmente peligroso porque al ser qumicamente similar al calcio se concentra en los huesos y produce cncer seo.

3.

Referencias

[1] Kenneth S. Krane. Introductory nuclear physics, John Wiley & Sons, Inc.ISBN 0-471-80553-X. [2] Antonio Ferrer Soria. Fsica nuclear y de partculas, Universitat de Valencia,2003. ISBN 84-370-5543-1. [3] David Bodansky. Nuclear energy; principles, practices, and prospects, Springer Science+Business Media,Inc. ISBN 0-387-20778-3