1. 13.4 REACCIONES NUCLEARES.
FISIÓN Y FUSIÓN
¿Cómo reaccionan los núcleos unos con otros?
Física

2. A.23. Señalar las leyes de conservación que se cumplen en una
reacción nuclear.

3. A.23. Señalar las leyes de conservación que se cumplen en una
reacción nuclear.
 Carga eléctrica (Z)
El número total de
nucleones A.

4. A.23. Señalar las leyes de conservación que se cumplen en una
reacción nuclear.
 Carga eléctrica (Z)
El número total de
nucleones A.
 Energía
 Cantidad de movimiento
 Momento angular

5. A.23. Señalar las leyes de conservación que se cumplen en una
reacción nuclear.
Energía
Cantidad de movimiento
Momento angular
Aplicarlas para escribir las siguientes reacciones:
La transmutación del N-14 al bombardearlo con He-4, en la que
Rutherford observó la emisión de protones en 1919;
El bombardeo de Be-9 con He-4, que condujo a Chadwick al
descubrimiento del neutrón en 1932.
 Carga eléctrica (Z)
El número total de
nucleones A.

6. A.23. Señalar las leyes de conservación que se cumplen en una
reacción nuclear.
14N + 4He1H + 17O
9Be + 4He0n +12C
Energía
Cantidad de movimiento
Momento angular
Aplicarlas para escribir las siguientes reacciones:
La transmutación del N-14 al bombardearlo con He-4, en la que
Rutherford observó la emisión de protones en 1919;
El bombardeo de Be-9 con He-4, que condujo a Chadwick al
descubrimiento del neutrón en 1932.
 Carga eléctrica (Z)
El número total de
nucleones A.

7. A.24. ¿Tendrá lugar la reacción 13C + p  n + 13N cuando la energía
de los protones incidentes sea 2,0 MeV?
mn (13C) +mn (p)= 13,003355 + 1,007825 = 14,011180 u
mn (n) + mn (13N)=13,005739 + 1,008665 = 14,014404 u

8. A.24. ¿Tendrá lugar la reacción 13C + p  n + 13N cuando la energía
de los protones incidentes sea 2,0 MeV?
mn (13C) +mn (p)= 13,003355 + 1,007825 = 14,011180 u
mn (n) + mn (13N)=13,005739 + 1,008665 = 14,014404 u
Los productos tienen un exceso de masa de 0,0032244·931,5 = 3,0 MeV.

9. A.24. ¿Tendrá lugar la reacción 13C + p  n + 13N cuando la energía
de los protones incidentes sea 2,0 MeV?
mn (13C) +mn (p)= 13,003355 + 1,007825 = 14,011180 u
mn (n) + mn (13N)=13,005739 + 1,008665 = 14,014404 u
Esta reacción necesita energía y los protones de 2,0 MeV no tienen la
necesaria para que se produzca*
Los productos tienen un exceso de masa de 0,0032244·931,5 = 3,0 MeV.

10. A.24. ¿Tendrá lugar la reacción 13C + p  n + 13N cuando la energía
de los protones incidentes sea 2,0 MeV?
mn (13C) +mn (p)= 13,003355 + 1,007825 = 14,011180 u
mn (n) + mn (13N)=13,005739 + 1,008665 = 14,014404 u
Aunque la partícula incidente tenga energía suficiente, hay que tener en
cuenta que para provocar dicha reacción, es preciso acelerar haces de
protones en número muy superior a los que llegan a colisionar, con lo que
en realidad se consume más energía que se libera en una transmutación
nuclear.
Esta reacción necesita energía y los protones de 2,0 MeV no tienen la
necesaria para que se produzca*
Los productos tienen un exceso de masa de 0,0032244·931,5 = 3,0 MeV.

11. A.24. ¿Tendrá lugar la reacción 13C + p  n + 13N cuando la energía
de los protones incidentes sea 2,0 MeV?
mn (13C) +mn (p)= 13,003355 + 1,007825 = 14,011180 u
mn (n) + mn (13N)=13,005739 + 1,008665 = 14,014404 u
Para que la energía liberada en una reacción nuclear pueda aprovecharse
es necesario que una vez iniciada pueda automantenerse
Aunque la partícula incidente tenga energía suficiente, hay que tener en
cuenta que para provocar dicha reacción, es preciso acelerar haces de
protones en número muy superior a los que llegan a colisionar, con lo que
en realidad se consume más energía que se libera en una transmutación
nuclear.
Esta reacción necesita energía y los protones de 2,0 MeV no tienen la
necesaria para que se produzca*
Los productos tienen un exceso de masa de 0,0032244·931,5 = 3,0 MeV.

12. 1938, Otto Hann y Fritz Strassmann
Observaron que al bombardear Uranio con neutrones
obtenían núcleos de menor tamaño, en ocasiones la
mitad.

13. 1939, Enrico Fermi
Primera reacción de
fisión
autocontrolada

14. ¿Por qué sucede la fisión nuclear?
Isótopos más estables aquellos cercanos al núclido Fe-56

15. ¿Por qué sucede la fisión nuclear?
Elementos pesados como el U-235, el Pu-239 pueden romperse
cuando son bombardeados por neutrones en dos o más núcleos
de masa intermedia

16. ¿Por qué sucede la fisión nuclear?
Elementos pesados como el U-235, el Pu-239 pueden romperse
cuando son bombardeados por neutrones en dos o más núcleos
de masa intermedia
La Eb/A del U-235 es de 7,6 MeV/nucleón
La Eb/A de los núcleos de masa intermedia es de 8,5 MeV/nucleón

17. ¿Por qué sucede la fisión nuclear?
Elementos pesados como el U-235, el Pu-239 pueden romperse
cuando son bombardeados por neutrones en dos o más núcleos
de masa intermedia
La Eb/A del U-235 es de 7,6 MeV/nucleón
La Eb/A de los núcleos de masa intermedia es de 8,5 MeV/nucleón
Se libera una energía
de 0,9 MeV/nucleón

18. ¿Por qué sucede la fisión nuclear?
Como en el U hay 235 nucleones tendremos unos 200 MeV por
fisión.

19. ¿Por qué sucede la fisión nuclear?
Como en el U hay 235 nucleones tendremos unos 200 MeV por
fisión.
235U + 1n 235U*

20. ¿Por qué sucede la fisión nuclear?
Como en el U hay 235 nucleones tendremos unos 200 MeV por
fisión.
235U*  144Xe + 89Sr + 31n + ENERGÍA235U + 1n 235U*

21. ¿Por qué sucede la fisión nuclear?
Como en el U hay 235 nucleones tendremos unos 200 MeV por
fisión.
235U*  144Xe + 89Sr + 31n + ENERGÍA235U + 1n 235U*
Los tres neutrones pueden inducir nuevas fisiones y provocar una reacción en cadena.

22. ¿Por qué sucede la fisión nuclear?
Como en el U hay 235 nucleones tendremos unos 200 MeV por
fisión.
235U*  144Xe + 89Sr + 31n + ENERGÍA235U + 1n 235U*
Los tres neutrones pueden inducir nuevas fisiones y provocar una reacción en cadena.
La probabilidad de que el núcleo de U-235 absorba un neutrón es elevada para neutrones
lentos.

23. ¿Por qué sucede la fisión nuclear?
Como en el U hay 235 nucleones tendremos unos 200 MeV por
fisión.
235U*  144Xe + 89Sr + 31n + ENERGÍA235U + 1n 235U*
Los tres neutrones pueden inducir nuevas fisiones y provocar una reacción en cadena.
La probabilidad de que el núcleo de U-235 absorba un neutrón es elevada para neutrones
lentos.
En la fisión son rápidos y hay que utilizar un moderador (agua pesada, grafito) para frenarlos.

24. ¿Por qué sucede la fisión nuclear?
Como en el U hay 235 nucleones tendremos unos 200 MeV por
fisión.
235U*  144Xe + 89Sr + 31n + ENERGÍA235U + 1n 235U*
Los tres neutrones pueden inducir nuevas fisiones y provocar una reacción en cadena.
Se necesita una cantidad de materia superior a una masa crítica para reacción se
automantenida.
La probabilidad de que el núcleo de U-235 absorba un neutrón es elevada para neutrones
lentos.
En la fisión son rápidos y hay que utilizar un moderador (agua pesada, grafito) para frenarlos.

25. Como utilizar esta energía para destruir

26. Como utilizar esta energía para destruir
2 de Agosto de 1939, Albert Einstein dirigió una carta F.D. Roosevelt
reclamando su atención sobre las investigaciones realizadas por E.
Fermi y L. Szilard, mediante las cuales el Uranio podía convertirse en
una nueva fuente de energía además de poder utilizarse en la
construcción de bombas sumamente potentes. Se inició el proyecto
Manhattan (Ver película: Creadores de sombras).

27. Como utilizar esta energía para destruir
Para la producción de bombas atómicas en 1945 fue necesario emplear
dos masas subcríticas durante el transporte, que se unían dando una
masa superior a la crítica en el momento de la detonación.

28. Como utilizar esta energía para destruir
3 y 6 de Agosto de 1945, Harry Truman ordenó el lanzamiento de dos
bombas atómicas en Hiroshima (Little boy, 12,5 KT) y Nagasaki (Fat
man, 20 KT). Japón se rindió una semana después.
El radio de destrucción total fue de 1,6 km y rompió los cristales hasta
16 km.
http://www.carloslabs.com/node/16

29. Como utilizar esta energía para crear

30. Como utilizar esta energía para crear
1942 E. Fermi construye el primer reactor.
Para controlar la reacción se utilizan barras de control que
absorben neutrones.

31. FUSIÓN NUCLEAR
Al aproximar dos núcleos ligeros lo suficiente como para vencer la
repulsión e.m. pueden unirse. ¿A qué puede deberse esta unión?

32. FUSIÓN NUCLEAR
Al aproximar dos núcleos ligeros lo suficiente como para vencer la
repulsión e.m. pueden unirse. ¿A qué puede deberse esta unión?
La energía de enlace por nucleón es menor para los núcleos
ligeros que para los pesados.

33. FUSIÓN NUCLEAR
Al aproximar dos núcleos ligeros lo suficiente como para vencer la
repulsión e.m. pueden unirse. ¿A qué puede deberse esta unión?
La energía de enlace por nucleón es menor para los núcleos
ligeros que para los pesados.
• La fusión nuclear proporciona cantidades de energía muy
superiores a las de fisión.

34. FUSIÓN NUCLEAR
Al aproximar dos núcleos ligeros lo suficiente como para vencer la
repulsión e.m. pueden unirse. ¿A qué puede deberse esta unión?
La energía de enlace por nucleón es menor para los núcleos
ligeros que para los pesados.
• La fusión nuclear proporciona cantidades de energía muy
superiores a las de fisión.
• Difícil porque hay que vencer la repulsión e.m. y son necesarias
energías muy grandes.

35. FUSIÓN NUCLEAR
Al aproximar dos núcleos ligeros lo suficiente como para vencer la
repulsión e.m. pueden unirse. ¿A qué puede deberse esta unión?
La energía de enlace por nucleón es menor para los núcleos
ligeros que para los pesados.
• La fusión nuclear proporciona cantidades de energía muy
superiores a las de fisión.
• Difícil porque hay que vencer la repulsión e.m. y son necesarias
energías muy grandes.
• Como la temperatura que produce una bomba atómica es de
108 K se pensó en utilizarla como detonante de las bombas de
fusión (de hidrógeno o termonucleares)

36. Bomba de Hidrógeno “Tsar (50 mt)”
http://www.carloslabs.com/node/16

37. FUSIÓN NUCLEAR

38. ¿POR QUÉ NO USARLA COMO FUENTE
DE ENERGÍA?

39. ¿POR QUÉ NO USARLA COMO FUENTE
DE ENERGÍA?
• En la Tierra sólo se ha conseguido la liberación de energía de
forma incontrolada.

40. ¿POR QUÉ NO USARLA COMO FUENTE
DE ENERGÍA?
• En la Tierra sólo se ha conseguido la liberación de energía de
forma incontrolada.
• Se hace muy difícil contener el plasma a la temperatura
necesaria, el método más utilizado es el confinamiento
magnético.

41. ¿POR QUÉ NO USARLA COMO FUENTE
DE ENERGÍA?
• En la Tierra sólo se ha conseguido la liberación de energía de
forma incontrolada.
• Se hace muy difícil contener el plasma a la temperatura
necesaria, el método más utilizado es el confinamiento
magnético.
• La fusión nuclear produce más energía por nucleón que la
fisión y no crea cenizas radiactivas. El deuterio, que se utiliza
como materia prima, se encuentran de forma abundante en el
agua del mar..

42. A.25. ¿Cuál es la energía liberada en las siguientes reaccio-nes?
n + 235U  88Sr + 136Xe + 12n
3H + 2H  4He + n

43. A.26. ¿Qué proceso puede explicar la enorme cantidad de ener-gía
radiada por las estrellas?

44. A.26. ¿Qué proceso puede explicar la enorme cantidad de ener-gía
radiada por las estrellas?
2H + 2H  3H + 1H (4,03 MeV)
2H + 2H  3He + n (3,27 MeV)
2H + 3H  4He + n (17,59 MeV)

45. EVOLUCIÓN ESTELAR