![ESTABILIDAD NUCLEAR
Un núcleo será estable si su energía total es menor que la suma de las
energías de sus constituyentes.
Mnuc = Z·mp + N·mn – B/c2 B = [Z·mp + N·mn – Mnuc]·c2
Energía de ligadura
Si tenemos en cuenta los electrones:
B = [Z·MH + N·mn – Mát]·c2](https://image.slidesharecdn.com/ampnuclear-121106040705-phpapp01/85/Ampliacion-energia-nuclear-7-320.jpg)
Ampliación energía nuclear
- 1. AMPLIACIÓN ENERGÍA NUCLEAR Dpto. Tecnología. IES Palas Atenea
- 2. AMPLIACIÓN ENERGÍA NUCLEAR ● Introducción a la física nuclear ● Interacciones fundamentales ● Estabilidad nuclear ● Desintegraciones nucleares ● Interludio: Un poco de historia de la radiación artificial ● Fusión nuclear ● El sol como reactor nuclear ● Reactor Tokamak ● Proyecto ITER
- 3. INTRODUCCIÓN: MODELO ESTÁNDAR Electromagnética Mayoría de la materia Portadoras de ordinaria Fuerzas (interacciones) Nuclear fuerte Nuclear débil
- 4. FUERZA NUCLEAR DÉBIL Desintegración β - Desintegración β+ (energéticamente favorable) (energéticamente desfavorable) Capaz de cambiar la naturaleza de una partícula.
- 5. FUERZA NUCLEAR FUERTE Responsable de mantener unidos a los quarks dentro de los nucleones mediante el intercambio de gluones Protón Neutrón
- 6. FUERZA NUCLEAR FUERTE ¿Cómo se mantienen unidos los nucleones entre ellos en los núcleos? Intercambiando partículas virtuales (mesones π o piones) Deben cumplir el principio de indeterminación de Heisenberg Sus vidas sólo permiten desplazamientos de 1,4 fm LOS NÚCLEOS DE GRAN TAMAÑO NO SON ESTABLES
- 7. ESTABILIDAD NUCLEAR Un núcleo será estable si su energía total es menor que la suma de las energías de sus constituyentes. Mnuc = Z·mp + N·mn – B/c2 B = [Z·mp + N·mn – Mnuc]·c2 Energía de ligadura Si tenemos en cuenta los electrones: B = [Z·MH + N·mn – Mát]·c2
- 8. ENERGÍA POR NUCLEÓN (B/A) Fusión Fisión
- 9. NÚCLEOS INESTABLES Son núcleos de alta energía. Pueden perderla mediante diferentes procesos: ● Emisión de radiación γ (transiciones entre niveles nucleares) ● Captura electrónica: p+ + e- → n + νe + γ ● Energía cinética: β−(e-) β+(e+) Neutrones El nuevo núcleo Protones nace en un estado excitado Partículas α
- 10. NÚCLEOS INESTABLES RADIACTIVIDAD Natural Artificial (Mediante bombardeo)
- 11. DESINTEGRACIÓN NUCLEAR La desintegración es un fenómeno puramente probabilístico N(t) = N0 · e -λt Cte. desintegración Vida media τ = 1/λ t1/2 = τ·ln2 Período de semidesintegración o semivida
- 12. MEDIDA DE LA RADIACTIVIDAD ● Actividad (A): Número de desintegraciones por segundo de un material. Se mide en Bequerels (1 Bq = 1 desintegración/segundo) ● Exposición (X): Carga creada por la radiación ionizante por unidad de masa de aire. Se mide en Roetgen (1 R = 2,58·10-4 C/Kg.) ● Dosis absorbida (D): Energía depositada en un material por unidad de masa. Se mide en Grays (1 G = 1 J/Kg) ● Dosis equivalente: Corrige la dosis absorbida por un factor de calidad, que depende de los efectos biológicos de cada radiación. DE = D·QF. Se mide en sieverts (Sv) ● Dosis anual normal: 1-2 mSv. Dosis máxima: 5 mSv
- 13. UN POCO DE HISTORIA Década de 1930: ● Otto Hahn y Lise Meitner obtienen e identifican como tal una fisión nuclear artificial. ● Leó Szilárd concibe la idea de la reacción en cadena.
- 14. UN POCO DE HISTORIA 1939: Einstein y Szilárd escriben al presidente Roosevelt alertando del peligro real de que los nazis construyan una bomba atómica.
- 15. UN POCO DE HISTORIA En 1942, Enrico Fermi consigue la primera reacción en cadena controlada mediante fisión nuclear.
- 16. PROYECTO MANHATTAN Métodos de separación Moderador. de isótopos. (Difusión (Grafito, agua pesada) gaseosa, calutrón) Masa crítica de los mismos. (52 Kg. U235, 10 Kg. Pu239) Combustibles más apropiados (U235 y Pu239)
- 17. FUSIÓN NUCLEAR Para núcleos ligeros la fusión es energéticamente favorable. Helio Tritio Deuterio
- 18. EL SOL COMO REACTOR DE FUSIÓN.
- 19. EL SOL COMO REACTOR DE FUSIÓN. Ciclo de Bethe: 4 p+ → He4 + 2e+ + 2νe Se aniquilan con 2 e- Cadena protón-protón: H1 + H1 → H2 + e+ + νe H1 + H2 → He3 ; He3 + He3 → He4 + 2 H1 τ ~ 7·109 años Temperatura: 15·106 K Presión: 2,7·109 atm.
- 20. EL SOL COMO REACTOR DE FUSIÓN. Los fotones tardan Los neutrinos prácticamente no un millón de años interaccionan → Atraviesan el sol sin en salir del sol problemas
- 21. REACTOR DE FUSIÓN: OTRO POCO DE HISTORIA Inicios: Proyecto Manhattan Bomba termonuclear Fines civiles (fusión controlada): Proyecto Sherwood (1952-1958) Proyecto Tokamak (URSS): desde 1956 Ivy Mike (1952)
- 22. REACTOR TOKAMAK тороидальная камера с магнитными катушками Cámara toroidal con bobinas magnéticas
- 23. REACTOR TOKAMAK El campo magnético toroidal mantiene confinado un plasma que tiende a expandirse. Los neutrones no sienten el campo magnético. Transfieren su energía al chocar contra las paredes del reactor.
- 24. REACTOR TOKAMAK
- 25. ¿ES LA FUSIÓN UNA ENERGÍA LIMPIA? El tritio es radiactivo: Vida media 12 años Se produce dentro del reactor Las paredes del reactor son radiactivas 50 años
- 26. ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor)
- 27. ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor) Cadarache (Francia) UE, Rusia, EEUU, China, India, Japón, Corea del Sur Fecha prevista: 2019 Potencia introducida: 50 MW Coste presupuestado: 15000 millones de euros Potencia producida: 500 MW Primera central comercial: no antes de 2050