Cuando se fisiona (divide) un núcleo de más de 60 nucleones, la suma de las masas de los núcleos resultantes es menor que la masa del núcleo original. Un ejemplo es la fisión de un núcleo de uranio 235 (tiene 235 nucleones).
¿COMO OCURRE LA FISION?
Reacciones Nucleares
- La ecuación de la reacción
Una reacción nuclear se puede escribir en términos de fórmula apenas como una reacción química. Nuclear se decae puede ser escrito en una manera similar, pero con solamente un núcleo en el lado izquierdo.
Cada partícula que participa en la reacción se escribe con su símbolo químico, con número total en el izquierdo superior y número atómico en el izquierdo más bajo. El neutrón se escribe “n”; el protón puede ser escrito “1H " o “p”.
La ecuación está correcta solamente si las sumas de los números totales en ambos lados son idénticas (según los requisitos de ley de la conservación para número de baryon), y si las sumas de los números atómicos en ambos lados son idénticas (según los requisitos de la ley de la conservación para la carga eléctrica). En el ejemplo demostrado arriba, esto conduce a (asumiendo sabríamos solamente una partícula a la derecha):
63Li | + | 21H | → | 42Él | + | ? |
Para hacer las sumas corrija, el segundo núcleo a la derecha debe tener el número atómico 2 y número total 4; es por lo tanto también Helium-4. La ecuación completa por lo tanto lee:
63Li | + | 21H | → | 42Él | + | 42Él |
o más simplemente:
63Li | + | 21H | → | 2 42Él |
La fusión y la fisión son dos procesos que liberan energía nuclear. La energía nuclear liberada en las reacciones de fusión y fisión debe distinguirse claramente de la energía química liberada en el quemado de combustibles fósiles (petróleo, gas natural y carbón). La energía liberada en cada reacción nuclear es muchos miles o millones de veces (dependiendo de la reacción) mayor que la energía liberada en las reacciones químicas. Veamos cómo se genera la energía nuclear a partir de las reacciones de fusión y fisión.
Cuando se fusionan (unen) 2 núcleos que poseen menos de 60 nucleones, el núcleo resultante tiene una masa menor que la suma de las correspondientes a los núcleos originales. Un ejemplo es la fusión de un núcleos de deuterio (que tiene 2 nucleones) con uno de tritio (que tiene 3 nucleones).
Esto es sorprendente si comparamos con lo que sucede en las reacciones químicas que liberan energía, en las que no hay una reducción de masa. Por ejemplo, cuando se quema la nafta en el motor de un automóvil, la suma de las masas de los productos finales (fundamentalmente gases) es igual a la masa de la nafta y el aire que se quemaron. En cambio, las cosas suceden de una manera muy diferente cuando se unen estas pequeñísimas partículas que son los núcleos de los átomos: en estos casos los productos finales pesan menos que los ingredientes.
El proceso de fusión está controlado por dos clases de fuerzas, la fuerza eléctrica y la fuerza nuclear. La fuerza eléctrica actúa hasta grandes distancias y hace que los núcleos, que tienen carga positiva, se repelan. La fuerza nuclear actúa a distancias extremadamente cortas y hace que los núcleos se fusionen.
Para que ocurra la fusión es necesario que los núcleos se acerquen hasta distancias extremadamente pequeñas, de modo que la fuerza nuclear comience a actuar, "venciendo" la repulsión eléctrica. Para lograr el acercamiento necesario los núcleos deben chocar a altas velocidades. Los átomos y los núcleos se mueven tanto más rápidamente cuanto más elevada es su temperatura. Esto significa que si se calienta suficientemente un combustible adecuado, por ejemplo una mezcla de deuterio y tritio, la temperatura hará que las velocidades de los núcleos sean suficientemente altas como para que la fusión se produzca: se habla entonces de fusión termonuclear.
Para que el deuterio y el tritio comiencen a fusionarse en cantidades significativas se requieren temperaturas superiores a los 10 millones de grados centígrados. A estas temperaturas los átomos chocan con tanta fuerza que se rompen, separándose el núcleo (positivo) de los electrones (negativos). Una mezcla de partículas con carga positiva y negativa en cantidades aproximadamente iguales se conoce como plasma. El estado de plasma constituye el cuarto estado de la materia, junto con los más conocidos sólido, líquido y gaseoso.
Si bien no somos conscientes de su presencia, los plasmas aparecen en muchas situaciones de nuestra vida diaria. Por ejemplo, en los tubos fluorescentes, en los carteles luminosos y en el arco producido por una soldadora eléctrica la velocidad de las partículas es muy inferior a la requerida para que ocurra fusión pero suficientemente alta como para que haya pequeñas cantidades de plasma. Entre los plasmas "naturales" a escala terrestre, podemos mencionar las auroras y los relámpagos y rayos.
- Reacciones directas
Un proyectil de energía media transfiere energía o toma o pierde los nucleones al núcleo en un solo rápido (10−21 en segundo lugar) acontecimiento. La transferencia de la energía y del ímpetu es relativamente pequeña. Éstos son particularmente útiles en la física nuclear experimental, porque los mecanismos de la reacción son a menudo bastante simples calcular con suficiente exactitud para sondar la estructura del núcleo de la blanco.
- Dispersión inelástica
Solamente se transfieren la energía y el ímpetu.
- (p, pruebas del p’) differenced entre los estados nucleares
- (α, formas nucleares de la superficie de las medidas del α’) y clasificado. Puesto que las partículas del α que golpean el núcleo reaccionan más violentamente, la dispersión inelástica elástico y baja del α es sensible a las formas y a los tamaños de las blancos, como la luz dispersada de un objeto negro pequeño.
- (e, e’) es útil para sondar la estructura interior. Puesto que los electrones interactivos menos fuertemente que los protones y los neutrones, alcanzan a los centros de las blancos y sus funciones de la onda son torcidas menos pasando a través del núcleo.
- Reacciones de la transferencia
Generalmente en moderado de poca energía, unos o más nucleones se transfieren entre el proyectil y la blanco. Éstos son útiles en estudiar externo cáscara estructura de núcleos.
- (α, n) y (α, p) reacciones. Algunas de las reacciones nucleares más tempranas estudiaron implicaron una partícula alfa producida por el decaimiento de alfa, golpeando un nucleón de un núcleo de la blanco.
- (d, n) y (d, p) reacciones. Una viga del deuteron afecta a una blanco; los núcleos de la blanco absorben el neutrón o el protón del deuteron. El deuteron está limitado tan libremente que éste casi es igual que captura del protón o del neutrón. Un núcleo compuesto se puede formar, conduciendo a los neutrones adicionales que son emitidos más lentamente. (d, n) las reacciones se utilizan para generar los neutrones enérgios.
- strangeness reacción del intercambio (K,π) se ha utilizado estudiar hypernuclei.
Las reacciones con los neutrones son importantes adentro reactores nucleares y armas nucleares. Mientras que son las reacciones más conocidas del neutrón dispersión del neutrón, captura del neutrón, y fisión nuclear, para algunos núcleos ligeros, la reacción más probable con a neutrón termal es una reacción de la transferencia:
(n, α) | 6Li + → de n T + α | 10B + → de n 7Li + α | 17→ de O + de n 14C + α | 21Ne + → de n 18O + α | 37Ar + → de n 34S + α |
(n, p) | 3Él + → de n T + p | 7Sea + → de n 7Li + p | 14N + → de n 14C + p | 22Na + → de n 22Ne + p |
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Algunas reacciones son solamente posibles con neutrones rápidos:
- (n, 2n) las reacciones producen cantidades pequeñas de protactinium-231 y uranium-232 en ciclo del torio cuál está de otra manera relativamente libremente de altamente radiactivo actinida productos.
- 9Sea + → de n 2α + 2n puede contribuir algunos neutrones adicionales en berilio reflector del neutrón de un arma nuclear.
- 7El Li + el → de n T + α + n contribuyeron inesperado la producción adicional adentro Bravo del castillo, Castillo Romeo, y Castillo Yankee, los tres alto-rinden las pruebas nucleares conducidas por los Estados Unidos.
- Reacciones nucleares compuestas:
Se absorbe un proyectil de poca energía o una energía de las transferencias de la partícula de una energía más alta al núcleo, dejándola con demasiada energía que se limitará completamente junto. En escala de tiempo de cerca de 10−19 los segundos, partículas, generalmente neutrones, “se hierven” apagado. Es decir, permanece junto hasta que bastante energía sucede ser concentrada en un neutrón para escapar la atracción mutua. Las partículas cargadas hierven raramente apagado debido a barrera del culombio. Excitados cuasi-limitan el núcleo se llaman un núcleo compuesto.
- De poca energía (e, e xn), (γ, xn) (el xn que indica unos o más neutrones), donde está cerca de la resonancia gigante del dipolo esta aumento la gamma o la energía gamma virtual la necesidad de la radiación que blinda alrededor de aceleradores de electrón