Conceptos básicos de la fisión nuclear

El debate sobre las centrales nucleares ha estado sucediendo desde hace algún tiempo, con los físicos nucleares y legisladores por igual lanzando alrededor de términos como fisión nuclear, masa crítica, y reacción en cadena. Pero, ¿cómo funciona la fisión nuclear, exactamente?

En la década de 1930, los científicos descubrieron que algunas reacciones nucleares pueden ser iniciadas y controladas. Los científicos generalmente se logra esta tarea mediante el bombardeo de un gran isótopo con una segunda, más pequeña - comúnmente un neutrón. La colisión causó el isótopo más grande se rompa en dos o más elementos, que se llama Fisión nuclear. La Figura 1 muestra la ecuación para la fisión nuclear del uranio-235.

Las reacciones de este tipo también liberan una gran cantidad de energía. ¿De dónde viene la energía? Bueno, si usted hace muy medición precisa de las masas de todos los átomos y las partículas subatómicas que comenzar, y todos los átomos y las partículas subatómicas que terminan con, y luego comparar los dos, usted encontrará que hay un poco de masa "desaparecidos". La materia desaparece durante la reacción nuclear. Esta pérdida de la materia se denomina defecto de masa. La materia perdida se convierte en energía.

En realidad se puede calcular la cantidad de energía que se produce durante una reacción nuclear con una ecuación bastante simple desarrollada por Einstein: E = mc². En esta ecuación, E es la cantidad de energía producida, m es la masa "desaparecidos", o el defecto de masa, y c es la velocidad de la luz, que es un número bastante grande. La velocidad de la luz se eleva al cuadrado, lo que hace que una parte de la ecuación de una muy gran número que, incluso cuando se multiplica por una pequeña cantidad de masa, produce una grande cantidad de energía.

Eche una mirada a la ecuación de la fisión del U-235. Observe que se utilizó un neutrón, pero tres fueron producidos. Estos tres neutrones, si se encuentran con otros átomos U-235, pueden iniciar otras fisiones, produciendo aún más neutrones. Es el viejo efecto dominó. En términos de la química nuclear, es una cascada continua de fisiones nucleares llama reacción en cadena. La reacción en cadena de U-235 se muestra en la Figura 2.

Esta reacción en cadena depende de la liberación de más neutrones que se utilizaron durante la reacción nuclear. Si tuviera que escribir la ecuación de la fisión nuclear del U-238, el más abundante isótopo del uranio, que usaría un neutrón y sólo conseguir uno de vuelta. No se puede tener una reacción en cadena con U-238. Pero isótopos que producen una exceso de los neutrones de fisión en su apoyar una reacción en cadena. Este tipo de isótopo se dice que es fisionable, y sólo hay dos principales isótopos fisionables utilizados durante las reacciones nucleares - uranio 235 y plutonio-239.

Se necesita una cierta cantidad mínima de materia fisionable para soportar una reacción en cadena auto-sostenible, y que está relacionado con los neutrones. Si la muestra es pequeño, entonces los neutrones son propensos a disparar fuera de la muestra antes de golpear un núcleo de U-235. Si ellos no llegaron a un núcleo de U-235, no hay electrones adicionales y ninguna energía se liberan. La reacción simplemente se esfuma. La cantidad mínima de material fisionable necesario para asegurarse de que una reacción en cadena se produce se llama masa crítica. Cualquier cosa menos de esta cantidad se llama subcrítico.