Fissió nuclear
 |
Esta pàgina de desambiguació enumera artículs que tenen títuls similars. |
En física nuclear, la fissió (no confondre en la fusió nuclear) és la divisió d'un núcleu en núcleus més llaugers,[1][2] ademés d'alguns subproductes com neutrons lliures, fotons (generalment rajos gamma) i atres fragments del núcleu com partícules alfa (núcleus d'heli) i beta (electrons i positrones d'alta energia), ademés de gran cantitat d'energia. El seu descobriment es deu a Otto Hahn i Lise Meitner, encara que solament Hahn va ser l'únic en rebre el premi Nobel per este descobriment.[3]
La fissió nuclear dels elements pesats va ser descoberta el 17 de decembre de 1938 per l'alemà Otto Hahn i el seu ajudant Fritz Strassmann a proposta de la física austro-sueca Lise Meitner, qui la va explicar teòricament en giner de 1939 junt en el seu nebot Otto Robert Frisch. Frisch va donar nom al procés per analogia en la fissió binaria de les cèlules vives. En el cas dels nucleidos pesats, es tracta d'una reacció exotèrmica que pot lliberar grans cantitats d'energia, tant en forma de radiació electromagnètica com d'energia cinètica dels fragments. De la mateixa manera que la fusió nuclear, per a que la fissió produïxca energia, l'energia d'enllaç total dels elements resultants deu ser major que la de l'element inicial.
La fissió és una forma de transmutació nuclear perque els fragments resultants (o àtoms fills) no són el mateix element que l'àtom pare original. Els dos (o més) núcleus produïts solen ser de tamanys comparables pero llaugerament diferents, normalment en una relació de masses dels productes d'aproximadament 3 a 2, para fisibles comuns, isòtop comú.[4][5] La majoria de les fissions són binarias (produïxen dos fragments carregats), pero ocasionalment (de 2 a 4 voltes per cada 1000 events), es produïxen tres fragments carregats positivament, en una fissió ternaria. El més chicotet d'estos fragments en els processos ternarios varia en tamany des d'un protón fins a un núcleu d'argón.
A banda de la fissió induïda per un neutró, aprofitada i explotada pel ser humà, una forma natural de desintegració radiactiva espontànea (que no requerix un neutró) també es denomina fissió, i es produïx especialment en isòtops de molt alt número. La fissió espontànea va ser descoberta en 1940 per Fliórov, Pétrzhak, i Kurchátov[6] en Moscou, en un experiment que pretenia confirmar que, sense bombardeig de neutrons, la taxa de fissió de l'urani era despreciable, tal i com havia predit Niels Bohr; no era despreciable.[6]
La composició impredictible dels productes (que varien de forma àmpliament provabilística i alguna cosa caòtica) distinguix la fissió dels processos purament d'efecte túnel com l'emissió de protones, la desintegració alfa i la desintegració en arracada, que donen els mateixos productes cada volta. La fissió nuclear produïx energia per a l'energia nuclear i impulsa l'explosió d'armes nuclears. Abdós usos són possibles perque certes substàncies anomenades combustibles nuclears sofrixen la fissió quan són colpejades pels neutrons de fissió, i a la seua volta emeten neutrons quan es trenquen. Açò fa possible una reacció nuclear en cadena autosostenida, que llibera energia a un ritme controlat en un reactor nuclear o a un ritme molt ràpit i incontrolat en un arma nuclear.
La cantitat d'energia lliure continguda en el combustible nuclear és millons de voltes superior a la cantitat d'energia lliure continguda en una massa similar de combustible químic com la gasolina, lo que fa de la fissió nuclear una font d'energia molt densa. No obstant, els productes de la fissió nuclear són, per terme mig, molt més radiactius que els elements pesats que normalment es fisionan com a combustible, i permaneixen aixina durant molt temps, donant lloc a un problema de residus nuclears. La preocupació per l'acumulació de residus nuclears i el potencial destructiu de les armes nuclears es contrapon al desig pacífic d'utilisar la fissió com a font d'energia.
Mecanisme
[editar | editar còdic]
La fissió de núcleus pesats és un procés exotèrmic, lo que supon que es lliberen cantitats substancials d'energia. El procés genera molta més energia que la lliberada en les reaccions químiques convencionals, en les que estan implicades les corfes electròniques; l'energia s'emet, tant en forma de radiació gamma com d'energia cinètica dels fragments de la fissió, que calfaran la matèria que es trobe al voltant de l'espai a on es produïxca la fissió.
La fissió es pot induir per varis métodos, incloent el bombardeig del núcleu d'un àtom fisionable en una partícula de l'energia correcta; la partícula és generalment un neutró lliure. Este neutró lliure és absorbit pel núcleu, fent-ho inestable[7] (a modo d'eixemple, es podria pensar en l'inestabilitat d'una piràmide de taronges en el supermercat, en llançar-se una taronja contra ella a la velocitat correcta). El núcleu inestable llavors es partirà en dos o més péntols: els productes de la fissió que inclouen dos núcleus més menuts, fins a sèt neutrons lliures (en una mija de dos i mig per reacció), i alguns fotons.
Els núcleus atòmics llançats com a productes de la fissió poden ser varis elements químics. Els elements que es produïxen són resultat de l'encert, pero estadísticament el resultat més provable és trobar núcleus en la mitat de protones i neutrons de l'àtom fisionado original.
Els productes de la fissió són generalment altament radiactius, no són isòtops estables;[8] estos isòtops llavors decauen, per mig de cadenes de desintegració.
Descomposició radiactiva
[editar | editar còdic]La fissió nuclear pot produir-se sense bombardeig de neutrons com un tipo de desintegració radiactiva. Este tipo de fissió (cridada fissió espontànea) és poc freqüent, llevat en alguns isòtops pesats.
Reacció nuclear
[editar | editar còdic]En els dispositius nuclears d'ingenieria, essencialment tota la fissió nuclear es produïx com una "reacció nuclear", un procés impulsat per un bombardeig que resulta de la colisió de dos partícules subatòmiques. En les reaccions nuclears, una partícula subatòmica colisiona en un núcleu atòmic i provoca canvis en ell. Les reaccions nuclears són, per tant, impulsades per la mecànica del bombardeig, i no pel decaiguda exponencial relativament constant i la vida mija característica dels processos radiactius espontàneus.
Actualment es coneixen molts tipos de reaccions nuclears. La fissió nuclear es diferencia de forma important d'atres tipos de reaccions nuclears, en que pot ser amplificada i a voltes controlada per mig d'una reacció nuclear en cadena (un tipo de reacció en cadena general). En una reacció d'este tipo, els neutrons lliures lliberats per cada event de fissió poden desencadenar encara més events, que a la seua volta lliberen més neutrons i causen més fissions.
Els elements químics isòtops que poden mantindre una reacció de fissió en cadena es diuen combustible nuclear i es diu que són fisionables. Els combustibles nuclears més comuns són el 235O (l'isòtop d'urani en número 235 i d'us en reactors nuclears) i 239Pu (l'isòtop del plutoni en número 239). Estos combustibles es descomponen en una gama bimodal d'elements químics en masses atòmiques centrades prop de 95 i 135 o ( productes de fissió). La majoria dels combustibles nuclears se someten a la fissió espontànea solament molt llentament, decaent en el seu lloc principalment a través d'una alfa-beta durant periodos de milenis a eones. En un reactor nuclear o en un arma nuclear, l'immensa majoria dels events de fissió són induïts pel bombardeig en una atra partícula, un neutró, que a la seua volta és produït per events de fissió anteriors.
La fissió nuclear en els combustibles fisionables és el resultat de l'energia d'excitació nuclear produïda quan un núcleu fisionable captura un neutró. Esta energia, resultant de la captura del neutró, és el resultat de la força nuclear atractiva que actua entre el neutró i el núcleu. És suficient per a deformar el núcleu en una "gota" de doble lòbul, fins al punt de que els fragments nuclears superen les distàncies a les que la força nuclear pot mantindre units dos grups de nucleones carregats i, quan açò ocorre, els dos fragments completen la seua separació i després se separen encara més per les seues càrregues mútuament repulsivas, en un procés que es fa irreversible en una distància cada volta major. Un procés similar ocorre en els isòtops fisionables (com l'urani-238), pero per a poder fisionar, estos isòtops requerixen energia adicional proporcionada pels neutrons ràpits (com els produïts per la fusió nuclear en les armes termonuclears).
El model de gota líquida del núcleu atòmic prediu productes de fissió d'igual tamany com a resultat de la deformació nuclear. El més sofisticat model de capes nuclear és necessari per a explicar mecánicamente la ruta cap al resultat energèticament més favorable, en el que un producte de fissió és llaugerament més chicotet que l'atre. Una teoria de la fissió basada en el model de clafoll ha segut formulada per Maria Goeppert Mayer.
El procés de fissió més comuna és la fissió binaria, i produïx els productes de fissió senyalats anteriorment, a 95±15 i 135±15 o. No obstant, el procés binario es produïx simplement perque és el més provable. En qualsevol lloc de 2 a 4 fissions per 1000 en un reactor nuclear, un procés cridat fissió ternaria produïx tres fragments carregats positivament (més neutrons) i el més chicotet d'ells pot variar des d'una càrrega i massa tan chicoteta com un protón (Z = 1), fins a un fragment tan gran com l'argón (Z = 18). No obstant, els fragments menuts més comuns es componen en un 90% de núcleus d'heli-4 en més energia que les partícules alfa de la desintegració alfa (els cridats "alfes de llarc alcanç" a 16 MeV), ademés de núcleus d'heli-6, i salamandres (els núcleus de triti). El procés ternario és menys comú, pero seguix produint una important acumulació de gas d'heli-4 i triti en les barres de combustible dels reactors nuclears moderns.[9]
Fissió freda i trencament de parells de nucleones
[editar | editar còdic]La major part de les investigacions sobre fissió nuclear es basen en la distribució de massa i energia cinètica dels fragments de fissió. No obstant, esta distribució és pertorbada per l'emissió de neutrons per part dels fragments abans d'aplegar als detectors.
Encara que en molt baixa provabilitat, en els experiments s'han detectat events de fissió freda, és dir fragments en tan baixa energia d'excitació que no emeten neutrons. No obstant, encara en eixos casos, s'observa el trencament de parells de nucleones, la que es manifesta com a igual provabilitat d'obtindre fragments en número par o impar de nucleones. Els resultats d'estos experiments permeten comprendre millor la dinàmica de la fissió nuclear fins al punt d'escissió, és dir, ans que es desvanixca la força nuclear entre els fragments.
Referències
[editar | editar còdic]- ↑ (2000) Apuntes sobre energia i recursos energètics (en és), UNAB. ISBN 9789589682111.
- ↑ (2005) Physics for the I.B. Diplomar, Fourth Edition edició, United Kingdom: Cambridge University Press, p. 363. ISBN 9780521604055.
- ↑ Sánchez Ron (2010). Descobriments: Innovació i tecnologia sigles XX i XXI (en és), Editorial CSIC - CSIC Press. ISBN 9788400092115.
- ↑ Arora, M. G. (1994). Nuclear Chemistry, Anmol Publications, p. 202. ISBN 81-261-1763-X.
- ↑ Gopal B. Saha (1 de novembre de 2010). aneu=bEXqI4ACk-AC&pg=PA11 Fundamentals of Nuclear Pharmacy, Springer, pp. 11-. ISBN 978-1-4419-5860-0.
- ↑ 6,0 6,1 Петржак, Константин. «Как было открыто спонтанное деление», Краткий Миг Торжества - О том, как делаются научные открытия-Cóm es va descobrir la fissió espontànea (en ru), Наука, pp. 108-112. ISBN 5-02-007779-8.
- ↑ Alvaro Tucci (2010-03). Obtencón d'Imàgens Mèdiques (en és), Lulu.com. ISBN 9780557265688.
- ↑ Mª, CLARAMUNT VALLESPÍ Rosa; Pilar, {{{nom2}}}; Soletat, {{{nom3}}}; Angeles, {{{nom4}}} (7 de juliol de 2015). PRINCIPALES COMPUESTOS QUÍMICOS (en és), Editorial UNED. ISBN 9788436269161.
- ↑ S. Vermote, et al. (2008) "Comparative study of the ternary particle emission in 243-Cm (nth,f) and 244-Cm(SF)" en Dynamical aspects of nuclear fission: proceedings of the 6th International Conference. J. Kliman, M. G. Itkis, S. Gmuca (eds.). World Scientific Publishing Co. Pte. Ltd. Singapur. ISBN 9812837523.
Referències
[editar | editar còdic]
- Este artícul conté una traducció derivada de «Fisión nuclear» de Wikipedia en castellà publicada baix la Llicència de documentació lliure de GNU i la Llicència Creative Commons Reconeiximent-CompartirIgual 4.0 Internacional.