1. AMPLIACIN ENERGA NUCLEAR Dpto. Tecnologa. IES Palas Atenea

2. AMPLIACIN ENERGANUCLEAR Introduccin a la fsica nuclear Interacciones fundamentales Estabilidad nuclear Desintegraciones nucleares Interludio: Un poco de historia de la radiacin artificial Fusin nuclear El sol como reactor nuclear Reactor Tokamak Proyecto ITER 3. INTRODUCCIN: MODELO ESTNDAR ElectromagnticaMayora dela materiaPortadoras de ordinariaFuerzas(interacciones)Nuclear fuerteNuclear dbil 4. FUERZA NUCLEAR DBILDesintegracin - Desintegracin +(energticamente favorable)(energticamente desfavorable) Capaz de cambiar la naturaleza de una partcula. 5. FUERZA NUCLEAR FUERTEResponsable de mantener unidos a los quarks dentro delos nucleones mediante el intercambio de gluonesProtn Neutrn 6. FUERZA NUCLEAR FUERTE Cmo se mantienen unidos los nucleones entre ellos en los ncleos?Intercambiando partculas virtuales(mesones o piones) Deben cumplir el principio de indeterminacin de Heisenberg Sus vidas slo permiten desplazamientos de 1,4 fm LOS NCLEOS DE GRAN TAMAO NO SON ESTABLES 7. ESTABILIDAD NUCLEARUn ncleo ser estable si su energa total es menor que la suma de las energas de sus constituyentes.Mnuc = Zmp + Nmn B/c2B = [Zmp + Nmn Mnuc]c2Energa de ligadura Si tenemos en cuenta los electrones:B = [ZMH + Nmn Mt]c2 8. ENERGA POR NUCLEN (B/A)Fusin Fisin 9. NCLEOS INESTABLESSon ncleos de alta energa.Pueden perderla mediante diferentes procesos:Emisin de radiacin (transiciones entre niveles nucleares) Captura electrnica: p+ + e- n + e + Energa cintica: (e-)+(e+)Neutrones El nuevo ncleoProtonesnace en un estadoexcitadoPartculas 10. NCLEOS INESTABLESRADIACTIVIDADNaturalArtificial(Mediante bombardeo) 11. DESINTEGRACIN NUCLEAR La desintegracin es un fenmeno puramente probabilsticoN(t) = N0 e -tCte. desintegracinVida media = 1/t1/2 = ln2 Perodo de semidesintegracin o semivida 12. MEDIDA DE LA RADIACTIVIDAD Actividad (A): Nmero de desintegraciones por segundo de unmaterial. Se mide en Bequerels (1 Bq = 1 desintegracin/segundo) Exposicin (X): Carga creada por la radiacin ionizante por unidad demasa de aire. Se mide en Roetgen (1 R = 2,5810-4 C/Kg.) Dosis absorbida (D): Energa depositada en un material porunidad de masa. Se mide en Grays (1 G = 1 J/Kg) Dosis equivalente: Corrige la dosis absorbida por un factor decalidad, que depende de los efectos biolgicos de cada radiacin.DE = DQF. Se mide en sieverts (Sv) Dosis anual normal: 1-2 mSv. Dosis mxima: 5 mSv 13. UN POCO DE HISTORIADcada de 1930: Otto Hahn y Lise Meitnerobtienen e identifican como taluna fisin nuclear artificial. Le Szilrd concibe la idea dela reaccin en cadena. 14. UN POCO DE HISTORIA1939: Einstein y Szilrd escriben al presidente Roosevelt alertando del peligroreal de que los nazis construyan una bomba atmica. 15. UN POCO DE HISTORIAEn 1942, Enrico Fermiconsigue la primerareaccin en cadenacontrolada mediante fisinnuclear. 16. PROYECTO MANHATTANMtodos de separacinModerador.de istopos. (Difusin (Grafito, agua pesada)gaseosa, calutrn)Masa crtica de los mismos.(52 Kg. U235, 10 Kg. Pu239)Combustibles ms apropiados(U235 y Pu239) 17. FUSIN NUCLEARPara ncleos ligeros lafusin es energticamentefavorable. HelioTritioDeuterio 18. EL SOL COMO REACTOR DEFUSIN. 19. EL SOL COMO REACTOR DE FUSIN.Ciclo de Bethe: 4 p+ He4 + 2e+ + 2eSe aniquilan con 2 e-Cadena protn-protn: H1 + H1 H2 + e+ + e H1 + H2 He3 ; He3 + He3 He4 + 2 H1 ~ 7109 aos Temperatura: 15106 K Presin: 2,7109 atm. 20. EL SOL COMO REACTOR DEFUSIN.Los fotones tardan Los neutrinos prcticamente noun milln de aosinteraccionan Atraviesan el sol sinen salir del sol problemas 21. REACTOR DE FUSIN: OTROPOCO DE HISTORIAInicios: Proyecto Manhattan Bomba termonuclearFines civiles (fusin controlada):Proyecto Sherwood (1952-1958)Proyecto Tokamak (URSS): desde 1956 Ivy Mike (1952) 22. REACTOR TOKAMAK Cmara toroidal conbobinas magnticas 23. REACTOR TOKAMAKEl campo magntico toroidalmantiene confinado un plasmaque tiende a expandirse. Los neutrones no sienten el campo magntico. Transfieren su energa al chocar contra las paredes del reactor. 24. REACTOR TOKAMAK 25. ES LA FUSIN UNA ENERGA LIMPIA?El tritio es radiactivo: Vida media 12 aos Se produce dentro del reactorLas paredes del reactor son radiactivas 50 aos 26. ITER (International ThermonuclearExperimental Reactor) 27. ITER (International ThermonuclearExperimental Reactor) Cadarache (Francia) UE, Rusia, EEUU, China, India, Japn, 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 28. Lawrence M. Krauss