Química Nuclear Fusión Nuclear y La bomba de Hidrógeno 1

Química Nuclear
Fusión Nuclear y
La bomba de Hidrógeno
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Introducción

Definición de la energía nuclear.
Energía liberada durante la fisión o fusión de núcleos atómicos. Las
cantidades de energía que se obtienen superan en gran medida a las realizadas con
procesos químicos, en las que sólo interactúa la región externa del átomo.

Energía antes de la era nuclear.
Hasta el siglo XIX el principal combustible era la leña. Se utilizan ampliamente
los combustibles fósiles (carbón o petroleo). En la combustión de estos elementos
los átomos de hidrógeno y carbono se combinan con los átomos de O2
produciendose una oxidación rápida y se forma agua y CO2, y se libera 1,6
kilovatios/hora por Kg de carbón.
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El Átomo

Composición.
Formado por un pequeño núcleo cargado positivamente, rodeado de
electrones. El núcleo está compuesto por neutrones y protones (constituyen el mayor
porcentaje de masa del átomo). El número másico A expresa el número de
nucleones (neutrones y protones) que contiene; el número atómico Z es el número
de protones.

Energía de enlace.
Mide la intensidad con que las fueras nucleares mantienen ligados a los
protones y los neutrones. La energía de enlace por nucleón, depende del número
másico.
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El Átomo

Energía de enlace nuclear
La curva de las energías de enlace nos dice que si dos
núcleos ligeros, que ocupan posiciones muy bajas en
la tabla, se fusionan para formar un núcleo de mayor
peso (o si un núcleo pesado, que ocupa posiciones
muy altas en la tabla, se divide en dos de menor peso)
los núcleos resultantes están ligados con más fuerza
por lo que se libera energía.
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El Átomo

Fisión nuclear:
Un núcleo pesado es bombardeado por neutrones, lo que produce la división
del núcleo en dos núcleos más pequeños, tal como en la reacción:
1n

0
+ 235U92
140Cs
55
+ 93Rb37 + 31n0 + 200 MeV
Fusión nuclear:
La fusión de dos núcleos ligeros libera millones de electrovoltios (MeV), como
es el caso de dos núcleos de hidrógeno pesado o deuterones se combinan:
2H
1
+ 2H 1
3He
2
+ 1n0 + 3,2 MeV
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Fusión Nuclear

Energía mediante fusión nuclear
Se produce en el extremo bajo de la curva de energías de enlace. Dos núcleos
ligeros se fusionan formando un núcleo más pesado. Esta transformación libera
grandes cantidades de energía.

El Sol, reactor de fusión nuclear
La energía que irradia el Sol se debe a reacciónes de fusión. Debido a las
enormes temperaturas y presiones, los núcleos de hidrógeno se combinan y
producen casi toda la energía que libera el sol.
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Fusión Nuclear

Diferencias entre fusión y fisión nuclear:
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Fusión Nuclear

Energía de repulsión de Coulomb
En la fisión nuclear para realizar la reacción en cadena, se utiliza un neutrón,
el cual no posee carga y puede atravesar sin problemas el núcleo atómico. En
cambio en la fusión, el gran problema que se presenta es que ambos núcleos tienen
una carga eléctrica positiva.

Reacción química:
La fusión nuclear está dada por la siguiente fórmula:
2H
1
+ 3H1
4He
2
+ 3,6 MeV + 1n0 + 14 MeV
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Fusión Nuclear

Problemas para realizarla:



Calentar el gas a temperaturas tan altas
Confinar una cantidad suficiente de núcleos durante un tiempo lo bastante
largo para permitir la liberación de una energía mayor que la necesaria para
calentar y confinar el gas.
Técnicas sugeridas:




Criterio de Lawson: ‫ ד‬n ≥ 1014
Cámara de confinamiento de un Tokamak
Confinamiento Inercial
Avances de la década de los ‘90
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Armas Termonucleares
(o de Fusión)

Una reacción opuesta a la fisión:
En vez de aprovechar la energía que se produce en una reacción en cadena
del material fisil, las armas nucleares podrían utilizar la energía liberada en la fusión
de elementos mas ligeros, el caso más conocido es el caso de los isótopos del
hidrógeno. Por ello las bombas de fusión nuclear se llaman bombas H.

Imposibilidades técnicas:
Se necesitan varios de millones de grados para lograr la fusión. Es por ello
que reciben el nombre de reacciones ‘termonucleares’.
Era imposible el desarrollo de las bombas de hidrógeno antes de que se
perfeccionaran las bombas atómicas ya que solo estas podrían suplir la tremenda
cantidad de calor necesaria para iniciar la fusión de los átomos de hidrógeno.
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Pruebas Termonucleares

Primeros dispositivos de fusión:
El 1 de noviembre de 1952 se realizó con éxito la priemra prueba a gran
escala de un dispositivo de fusión, la que produjo una explosión de varios millones
de toneladas de TNT de potencia (es decir, varios megatones).

La lluvia radioactiva:
La explosión de marzo de 1954 dio lugar a que se reconociera mundialmente
la existencia de la lluvia radioactiva. La cual reveló muchas cosas sobre la naturaleza
de una bomba termonuclear.
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Pruebas Termonucleares

Explosión termonuclear:
Una explosión termonuclear provoca una nube en forma de hongo. Esta
explosión de 1 de noviembre de 1952 formaba parte de la operación Ivy
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Bomba Trifásica

Bombas de Fisión-Fusión-Fisión:
La bomba termonuclear de 1954 fue un arma de tres fases.
 1º
Fase: Una bomba A que actua como detonador.
 2º Fase: Una bomba H resultante de la fusión de
deuterio y tritio en el interior. Se forman átomos de
He y 1n0 de alta energía.
 3º Fase: Impacto de estos neutrones en la cubierta
exterior de la bomba, que estaba hecha de Uranio
natural o Uranio 238.
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