Fusión y Fisión Nuclear

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  Fusión y Fisión Nuclear Néstor Eduardo Dillarza Vázquez En física nuclear, la fisión es una reacción nuclear, lo que significa que tiene lugar en el núcleo atómico En física nuclear y química nuclear, la fusión nuclear es el proceso por el cual varios núcleos atómicos de carga similar se unen para formar un núcleo más pesado. Colegio de Estudios Científicos y Tecnológicos Plantel Calera Materia: Física Fusión y Fisión Nuclear Fusión nuclear Fusión de deuterio con tritio produciendo helio-4,
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    Colegio de EstudiosCientíficos yTecnológicosPlantel CaleraMateria: Física Néstor Eduardo DillarzaVázquez En física nuclear, la fisión es una reacción nuclear, loque significa que tiene lugar en el núcleo atómicoEn física nuclear y química nuclear, la fusión nuclear esel proceso por el cual varios núcleos atómicos de cargasimilar se unen para formar un núcleo más pesado.  Fusión y FisiónNuclear  F usión y F isión NuclearNéstor Eduardo Dillarza Vázquez 6° Info. 2 Fusión nuclear  Fusión de deuterio con tritio produciendo helio-4, liberando un neutrón, ygenerando 17.59 MeV de energía, como cantidad de masa apropiada convertidade la energía cinética de los productos, de acuerdo con E = m c  2  .En física nuclear y química nuclear, la fusión nuclear  es el proceso por el cualvarios núcleos atómicos de carga similar se unen para formar un núcleo máspesado. Se acompaña de la liberación o absorción de energía, que permite a lamateria entrar en un estado plasmático.La fusión de dos núcleos de menor masa que el hierro (que, junto con el níquel,tiene la mayor energía de enlace por nucleón) libera energía en general, mientrasque la fusión de núcleos más pesados que el hierro absorbe energía; y viceversapara el proceso inverso, fisión nuclear. En el caso más simple de fusión delhidrógeno, dos protones deben acercarse lo suficiente para que la interacciónnuclear fuerte pueda superar su repulsión eléctrica mutua y obtener la posterior liberación de energía.La fusión nuclear se produce de forma natural en las estrellas. La fusión artificialtambién se ha logrado en varias empresas humanas, aunque todavía no ha sidototalmente controlada. Sobre la base de los experimentos de transmutaciónnuclear de Ernest Rutherford conducidos unos pocos años antes, la fusión denúcleos ligeros (isótopos de hidrógeno) fue observada por primera vez por MarkOliphant en 1932; los pasos del ciclo principal de la fusión nuclear en las estrellasposteriormente fueron elaborados por Hans Bethe durante el resto de esa década.La investigación sobre la fusión para fines militares se inició en la década de 1940como parte del Proyecto Manhattan, pero no tuvo éxito hasta 1952. Lainvestigación sobre la fusión controlada con fines civiles se inició en la década de1950, y continúa hasta este día.  F usión y F isión NuclearNéstor Eduardo Dillarza Vázquez 6° Info. 3 D escripción general Las reacciones de fusión dan energía a las estrellas y producen todos loselementos, excepto los más ligeros, en un proceso llamado nucleosíntesis. Aunque la fusión de los elementos más ligeros en las estrellas libera energía, laproducción de los elementos más pesados absorbe energía.Cuando la reacción de fusión es una cadena sostenida y fuera de control, puederesultar en una explosión termonuclear, como la generada por una bomba dehidrógeno. Las reacciones que no son autosuficientes aún pueden liberar unaenergía considerable, así como un gran número de neutrones.Las investigaciones sobre la fusión controlada llevan más de 50 años persiguiendoel objetivo de obtener energía de fusión para la producción de electricidad. Esteproceso ha estado repleto de extremas dificultades científicas y tecnológicas, peroesto se ha traducido en progreso. En la actualidad, las reacciones equilibradas ycontroladas (autosuficientes) de fusión, no han podido ser demostradas en lospocos reactores de tipo tokamak que hay en el mundo. [1] Está previsto que entorno al año 2018 entren en funcionamiento diseños viables para un reactor que,teóricamente, generará diez veces más energía de la requerida para calentar elplasma a la temperatura necesaria (ver ITER).Se necesita mucha energía para forzar a los núcleos a fusionarse, incluso los delelemento más ligero, el hidrógeno. Esto se debe a que todos los núcleos tienenuna carga positiva (debido a sus protones), y como las cargas iguales se repelen,los núcleos se resisten con fuerza a que se los ponga demasiado juntos. Acelerados a altas velocidades (esto es, calentados a temperaturastermonucleares), pueden superar esta repulsión electromagnética y acercarse losuficiente para que la interacción nuclear fuerte sea lo suficientemente fuerte comopara lograr la fusión. La fusión de núcleos más ligeros, que crea un núcleo máspesado y un neutrón libre, en general libera más energía de la que se necesitapara forzar a los núcleos a acercarse; se trata de una reacción exotérmica quepuede producir reacciones autosuficientes.La energía liberada en la mayoría de las reacciones nucleares es mucho mayor que en las reacciones químicas, porque la energía de enlace que mantiene unidoun núcleo es mucho mayor que la energía que mantiene unido al núcleo con unelectrón. Por ejemplo, la energía de ionización ganada con la adición de unelectrón a un átomo de hidrógeno es 13.6 electrón-voltios²menos de unamillonésima de los 17 MeV liberada en la reacción DT (deuterio-tritio), reacciónque se muestra en el diagrama de la derecha. Las reacciones de fusión tienen unadensidad de energía muchas veces mayor que la fisión nuclear, es decir, lasreacciones producen mucha más energía por unidad de masa a pesar de que lasreacciones de fisión individuales son generalmente mucho más enérgicas que lasreacciones de fusión individuales , que a su vez son millones de veces másenérgicas que las reacciones químicas. Sólo la conversión directa de la masa en  F usión y F isión NuclearNéstor Eduardo Dillarza Vázquez 6° Info. 4 energía, como la causada por la colisión de la materia y la antimateria, es másenergética por unidad de masa que la fusión nuclear. R equisitos  Antes de que la fusión pueda tener lugar, debe superarse una importante barrerade energía producida por la fuerza electrostática. A grandes distancias dosnúcleos se repelen entre sí debido a la fuerza de repulsión electrostática entre susprotones cargados positivamente. Si dos núcleos pueden ser acercados losuficiente, sin embargo, la repulsión electrostática se puede superar debido a lainteracción nuclear fuerte, que es más fuerte en distancias cortas.Cuando se añade un nucleón como un protón o un neutrón a un núcleo, la fuerzanuclear atrae a otros nucleones, pero principalmente a sus vecinos inmediatos,debido al corto alcance de esta fuerza. Los nucleones en el interior de un núcleotienen más vecinos nucleones que los de la superficie. Ya que los núcleos máspequeños tienen una mayor relación entre área de superficie y volumen, la energíade enlace por nucleón debido a la fuerza nuclear por lo general aumenta con eltamaño del núcleo, pero se aproxima a un valor límite correspondiente a la de unnúcleo con un diámetro de cerca de cuatro nucleones.La fuerza electrostática, por otra parte, es una fuerza inversa del cuadrado de ladistancia, así que un protón añadido a un núcleo sentirá una repulsiónelectrostática de to d  o s los otros protones en el núcleo. La energía electrostáticapor nucleón, debido a la fuerza electrostática por tanto, aumenta sin límite cuandolos núcleos se hacen más grandes.En distancias cortas, la interacción nuclear fuerte (atracción) es más fuerte que lafuerza electrostática (repulsión). Así, la mayor dificultad técnica para la fusión esconseguir que los núcleos se acerquen lo suficiente para fusionar. Las distancias noestán a escala. .El resultado neto de estas fuerzas opuestas es que la energía de enlace por nucleón generalmente aumenta con el tamaño del núcleo, hasta llegar a loselementos hierro y níquel, y un posterior descenso para los núcleos más pesados.Finalmente, la energía de enlace se convierte en negativa y los núcleos más
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