Reacciones nuclearesReacciones nucleares

•Fisión nuclearFisión nuclear

•Fusión nuclearFusión nuclear

FisiónFisión nuclearnuclear

Bomba atómicaBomba atómica Central nuclearCentral nuclear

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

LaLa bomba atómicabomba atómica basada en labasada en la fisión fisión nuclearnuclear se empleó por primera vez en se empleó por primera vez en Hiroshima y Nagasaki durante la Hiroshima y Nagasaki durante la Segunda Guerra Mundial.Segunda Guerra Mundial.

Después de la Segunda Guerra Después de la Segunda Guerra Mundial se desarrolló una nueva Mundial se desarrolló una nueva generación de bombas más potentes generación de bombas más potentes y destructivas, llamaday destructivas, llamada bombas de bombas de HidrógenoHidrógeno las cuales se basan en las cuales se basan en una reacción deuna reacción de fusión nuclear.fusión nuclear.

En las Centrales nucleares En las Centrales nucleares se obtiene energía de la se obtiene energía de la fisión del uranio.fisión del uranio.

Hay cientos de centrales nucleares distribuidas en diferentes países del mundo. Algunos de ellos :

FranciaFrancia

JapónJapón

Estados UnidosEstados Unidos

AlemaniaAlemania

EspañaEspaña

RusiaRusia

ArgentinaArgentina

BrasilBrasil

MéxicoMéxico

Centrales nuclearesCentrales nucleares

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.

neutrónneutrón Núcleo de Núcleo de UranioUranio

EnergíaEnergía

¿Cuál es el origen de ¿Cuál es el origen de la energía liberada?la energía liberada?

La La energía liberadaenergía liberada en en la la fisión proviene de la fisión proviene de la transformacióntransformación de parte dede parte de lala masa nuclearmasa nuclear enen energíaenergía

E=m.cE=m.c22 Ecuación Ecuación de Einsteinde Einstein

¿Qué núcleos se pueden fisionar?¿Qué núcleos se pueden fisionar?

Uranio - 235Uranio - 235

Plutonio - 239Plutonio - 239

Uranio - 233Uranio - 233

Se puede inducir la fisión de otros núcleos Se puede inducir la fisión de otros núcleos pesados, pero estos 3 son los que tienen pesados, pero estos 3 son los que tienen importancia prácticaimportancia práctica

LaLa primera fisión nuclearprimera fisión nuclear que se que se descubrió fue la deldescubrió fue la del uranio-235.uranio-235.

Este núcleo, al igual que los de Este núcleo, al igual que los de uranio-233 y plutonio-239, se uranio-233 y plutonio-239, se fisiona cuando incide en él un fisiona cuando incide en él un neutrón lento.neutrón lento.

Un núcleo pesado se puede Un núcleo pesado se puede dividir de diferentes maneras.dividir de diferentes maneras.

Reacción en cadenaReacción en cadenaCada fisión del uraniofisión 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.

Reacción en cadenaReacción en cadena

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.

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

Las Las centrales nuclearescentrales nucleares pueden tener uno o más pueden tener uno o más reactores. Constan de las siguientes partes:reactores. Constan de las siguientes partes:

El El reactor nuclearreactor nuclear, donde se produce la , donde se produce la reacción nuclearreacción nuclear. .

El generador de vapor de agua. El generador de vapor de agua.

La turbina, que mueve un generador eléctrico para producir La turbina, que mueve un generador eléctrico para producir electricidad. electricidad.

El condensador, un intercambiador de calor que enfría el El condensador, un intercambiador de calor que enfría el vapor transformándolo nuevamente en líquido.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.

Diseño básico de una central nuclear.Diseño básico de una central nuclear.

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

Principales partes y componentes de un Principales partes y componentes de un reactor nuclear.reactor nuclear.

• Núcleo del reactor donde se halla la donde se halla la vasijavasija en donde tiene en donde tiene lugar la lugar la reacción de fisiónreacción de fisión. El mismo posee blindajes . El mismo posee blindajes especiales para proteger de la radiactividad.especiales para proteger de la radiactividad.

Existen diferentes Existen diferentes tipos de reactores tipos de reactores nucleares. nucleares. AlgunosAlgunos de ellos a modo de de ellos a modo de ejemplo:ejemplo:

• Reactores de agua a Reactores de agua a presión.presión.

• Reactores de agua a Reactores de agua a ebullición.ebullición.

• Reactores de agua Reactores de agua pesada.pesada.

•Moderador que tiene por finalidad reducir la velocidad de los neutrones para lograr un proceso más eficiente. En muchos reactores se utiliza H2O como moderador. En otros se utiliza agua pesada (D2O) 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 Combustible nuclear : Uranio-235 en forma de óxido (UO2) 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. CO2).

Las barras de Cadmio o Boro capturan Las barras de Cadmio o Boro capturan los neutrones teniendo lugar las los neutrones teniendo lugar las siguientes reacciones nucleares:siguientes reacciones nucleares:

113 1 114

48Cd + Cd + 0 n n 48Cd + Cd + үү

10 1 7 4

5 B + + 0 n n 3Li + Li + 22αα

Vasija del reactorVasija del reactor

Descubrimiento de la fisiónDescubrimiento de la fisión

Otto HahnOtto Hahn Lise MeitnerLise Meitner

En 1934 Enrico Fermi experimentando En 1934 Enrico Fermi experimentando con reacciones nucleares, bombardeó con reacciones nucleares, bombardeó Uranio (Z=92) con neutrones, con la Uranio (Z=92) con neutrones, con la esperanza de obtener átomos del esperanza de obtener átomos del elemento de Z=93.elemento de Z=93.

El El resultado obtenido lo desconcertó,resultado obtenido lo desconcertó, pues no era lo que él esperaba pues no era lo que él esperaba obtener.obtener.

Durante varios años nadie logró Durante varios años nadie logró explicar lo sucedido.explicar lo sucedido.

Conocidos sus trabajos, otros físicos Conocidos sus trabajos, otros físicos repitieron el experimento, entre ellosrepitieron el experimento, entre ellos Otto Otto HanhHanh y su colaboradoray su colaboradora Lise Meitner.Lise Meitner.

En 1938,En 1938, Lise MeitnerLise Meitner que que era judía comienza a tener era judía comienza a tener dificultades para trabajar dificultades para trabajar en Alemania debido al en Alemania debido al régimen nazi, por lo que régimen nazi, por lo que debe huir a Suecia.debe huir a Suecia.

Es en realidadEs en realidad Lise MeitnerLise Meitner quien logra quien logra dar una explicación teórica correcta de dar una explicación teórica correcta de lo sucedido :lo sucedido : la fisión del núcleo de la fisión del núcleo de Uranio.Uranio.

Sin embargo no se le reconoció su Sin embargo no se le reconoció su contribución al descubrimiento de la fisión contribución al descubrimiento de la fisión nuclear.nuclear.

Desde el exilio continua colaborando con Desde el exilio continua colaborando con Hahn.Hahn.

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

CRONOLOGÍACRONOLOGÍA•Enero de 1933Enero de 1933 : los nazis llegan al poder en Alemania.: los nazis llegan al poder en Alemania.

•Diciembre de 1938Diciembre de 1938 : Otto Hahn, Lise Meitner y Fritz Strassmann, : Otto Hahn, Lise Meitner y Fritz Strassmann, descubren la fisión nuclear.descubren la fisión nuclear.

•2 de agosto de 19392 de agosto de 1939 : Einstein advierte al Presidente Roosevelt : Einstein advierte al Presidente Roosevelt sobre los peligros de una bomba atómica.sobre los peligros de una bomba atómica.

•1 de setiembre de 19391 de setiembre de 1939 : Alemania invade Polonia e inaugura el : Alemania invade Polonia e inaugura el Proyecto Uranio.Proyecto Uranio.

• 3 de setiembre de 19393 de setiembre de 1939 : Francia y Gran Bretaña declaran la : Francia y Gran Bretaña declaran la guerra a Alemania.guerra a Alemania.

•19411941: Von Weizsäcker (fallido padre de la bomba atómica : Von Weizsäcker (fallido padre de la bomba atómica alemana) presenta una solicitud de patente para una bomba de alemana) presenta una solicitud de patente para una bomba de plutonio.plutonio.

•Diciembre de 1941Diciembre de 1941: comienza en los Álamos el Proyecto : comienza en los Álamos el Proyecto Manhattan.Manhattan.

•7 de diciembre de 19417 de diciembre de 1941: Japón ataca Pearl Harbor.: Japón ataca Pearl Harbor.

•8 de diciembre de 19418 de diciembre de 1941: Estados Unidos entra en guerra.: Estados Unidos entra en guerra.

•7 de mayo de 19457 de mayo de 1945 : rendición de Alemania.: rendición de Alemania.

•6 de agosto de 19456 de agosto de 1945 : Estados Unidos lanzan la bomba : Estados Unidos lanzan la bomba atómica en Hiroshima.atómica en Hiroshima.

•9 de agosto de 19459 de agosto de 1945 : bombardeo a Nagasaki.: bombardeo a Nagasaki.

•14 de agosto de 194514 de agosto de 1945 : rendición de Japón.: rendición de Japón.

Algo de historia …Algo de historia …

A la 1:45 de la madrugada del A la 1:45 de la madrugada del 6 de agosto de 19456 de agosto de 1945, el , el Enola GayEnola Gay, un bombardero B-29 estadounidense, , un bombardero B-29 estadounidense, despegó de la isla Tinian en las Islas despegó de la isla Tinian en las Islas Marianas.Transportaba la 2º bomba atómica del Marianas.Transportaba la 2º bomba atómica del mundo; la 1º se había detonado unos días antes en mundo; la 1º se había detonado unos días antes en un campo de prueba en EEUU.un campo de prueba en EEUU.

A la 8:15 de la mañana, mientras A la 8:15 de la mañana, mientras los ciudadanos de Hiroshima se los ciudadanos de Hiroshima se disponían a comenzar su día, el disponían a comenzar su día, el Enola Gay soltó su terrible carga Enola Gay soltó su terrible carga que cayó cerca del centro de la que cayó cerca del centro de la ciudad.ciudad.

Enola Gay en exhibiciónEnola Gay en exhibición

Como resultado de la explosión, el calor y el Como resultado de la explosión, el calor y el fuego envolvieron la ciudad. fuego envolvieron la ciudad.

““La temperatura del aire al La temperatura del aire al momento de la explosión alcanzó momento de la explosión alcanzó varios millones de grados celsius varios millones de grados celsius … Varias millonésimas de … Varias millonésimas de segundos después, apareció una segundos después, apareció una bola de fuego que irradiaba calor. bola de fuego que irradiaba calor. Una diezmilésima de segundo Una diezmilésima de segundo después la bola de fuego se después la bola de fuego se expandió hasta alcanzar un expandió hasta alcanzar un diámetro de 28m con una diámetro de 28m con una temperatura cercana a los 300 mil temperatura cercana a los 300 mil grados celsius.”grados celsius.”

Museo Memorial de Paz de HiroshimaMuseo Memorial de Paz de Hiroshima

Nube resultante de la Nube resultante de la explosión en Hisroshimaexplosión en Hisroshima

Para reflexionar …Para reflexionar …

““Cuando me preguntaron Cuando me preguntaron sobre algún arma capaz sobre algún arma capaz de contrarrestar el poder de contrarrestar el poder de la bomba atómica yo de la bomba atómica yo sugerí la mejor de todas: sugerí la mejor de todas: la paz.”la paz.”

Albert EinsteinAlbert Einstein

Fusión nuclearFusión nuclear

Es el proceso mediante el Es el proceso mediante el cualcual 2 núcleos pequeños2 núcleos pequeños se se fusionan para formar uno fusionan para formar uno dede mayor masa.mayor masa.

En este proceso seEn este proceso se liberalibera enorme cantidad deenorme cantidad de energíaenergía

LaLa energía liberadaenergía liberada se se origina porque en el origina porque en el proceso de fusión hay proceso de fusión hay una pequeña parte de una pequeña parte de masa nuclear que se masa nuclear que se transforma en energía.transforma en energía.

E=m.cE=m.c22

La reacción de fusión más fácil La reacción de fusión más fácil de realizar es entre el deuterio y de realizar es entre el deuterio y el tritio (isótopos del hidrógeno): el tritio (isótopos del hidrógeno):

Núcleo de Núcleo de deuteriodeuterio

Núcleo de Núcleo de TritioTritio

Núcleo de Núcleo de HelioHelio

neutrónneutrón

Para que losPara que los núcleos pequeños núcleos pequeños puedan vencer la fuerza de puedan vencer la fuerza de repulsiónrepulsión entre ellos (ambos entre ellos (ambos tienen carga positiva) y puedan tienen carga positiva) y puedan fusionarse, es necesariofusionarse, es necesario suministrar suministrar una gran cantidad deuna gran cantidad de energía.energía.

Este aporte de energía se logra Este aporte de energía se logra calentando hasta alcanzarcalentando hasta alcanzar temperaturas de varios millones de temperaturas de varios millones de grados Celsius.grados Celsius.

La energía del sol y de las estrellas La energía del sol y de las estrellas proviene de la fusión nuclear.proviene de la fusión nuclear.

En el interior del sol En el interior del sol y las estrellas, lasy las estrellas, las temperaturas son temperaturas son muy elevadas,muy elevadas, lo lo que hace posible que hace posible que se fusionen que se fusionen núcleos del núcleos del elemento elemento hidrógeno, hidrógeno, originando Heliooriginando Helio

LaLa energía de fusiónenergía de fusión podría podría transformarse en una de lastransformarse en una de las fuentes fuentes de energía más importantes del de energía más importantes del futuro.futuro.

LasLas ventajas de la fusiónventajas de la fusión frente a la frente a la fisión nuclear son:fisión nuclear son:

•No genera desechos radiactivos.No genera desechos radiactivos.

•En tanto que los isótopos fisionables En tanto que los isótopos fisionables del Uranio son escasos, es abundante del Uranio son escasos, es abundante la cantidad de deuterio (Hidrógeno-2) la cantidad de deuterio (Hidrógeno-2) contenida en el agua de los océanos.contenida en el agua de los océanos.

ElEl inconveniente de la fusióninconveniente de la fusión es es que se requiere para poder que se requiere para poder iniciarse una temperatura iniciarse una temperatura extremadamente elevada.extremadamente elevada.

Se debe además confinar la Se debe además confinar la materia muy caliente durante un materia muy caliente durante un cierto tiempo.cierto tiempo.

Reactor de fusión TokamakReactor de fusión Tokamak

Hoy existen en el mundo algunos Hoy existen en el mundo algunos reactores de prueba.reactores de prueba.

La fusión fríaLa fusión fría

Este nombre se asigna a cualquier proceso de fusión Este nombre se asigna a cualquier proceso de fusión nuclear que tenga lugar en condiciones de temperatura y nuclear que tenga lugar en condiciones de temperatura y presión cercanas a las ambientalespresión cercanas a las ambientales..

El anuncio en 1989 de que los químicos Stanley Pons y El anuncio en 1989 de que los químicos Stanley Pons y

Martin FleischmannMartin Fleischmann habían logrado llevar a cabo la habían logrado llevar a cabo la fusión fría generó sorpresa y grandes expectativas. fusión fría generó sorpresa y grandes expectativas. Científicos de distintas partes del mundo intentaron Científicos de distintas partes del mundo intentaron repetir los experimentos pero sin poder obtener y repetir los experimentos pero sin poder obtener y verificar los resultados anunciados.verificar los resultados anunciados.

En el mismo año el físico italianoEn el mismo año el físico italiano Francesco Francesco Scaramuzzi, también anunció haber logrado la fusión Scaramuzzi, también anunció haber logrado la fusión fría trabajando a altas presiones.fría trabajando a altas presiones.

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

Monumento dedicado a las Monumento dedicado a las víctimas del accidente de víctimas del accidente de CheróbylCheróbyl

Central nuclear de FuskushimaCentral nuclear de Fuskushima