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¿Qué es la energía nuclear? Tema1
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¿Qué es la energía nuclear?
Tema1
¿Qué es la energía nuclear?
Toda la materia del universo está formadapor moléculas que a su vez estánconstituidas por átomos, pequeñísimasunidades que durante mucho tiempo seconsideraron invisibles. En la actualidadsabemos que el átomo está constituidofundamentalmente, por un núcleocompuesto de protones, neutrones yelectrones que giran alrededor de éste.Los protones y los neutrones estánconstituidos por quarks.
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El protón y el neutrón tienenprácticamente la misma masa, perodifieren en que el primero posee unacarga eléctrica positiva (+), mientrasque el segundo carece de carga.Protones y neutrones fuertementeunidos entre sí, integran lo que sedenomina el núcleo del átomo. Poreso se les llama nucleones.
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La masa del núcleo es casi igual ala suma de las masas de losnucleones que lo componen. Lacarga eléctrica total del núcleo espositiva y es igual a la suma delas cargas de sus protones.
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El tercer tipo de partícula del átomo es elelectrón, el cual es 1840 veces más ligeroque el protón y posee una carga eléctricanegativa (-).Los electrones se localizan girandoalrededor del núcleo, formando lo quepudiéramos llamar una “nube difusa”. Lacantidad de electrones de un átomo esigual al número de protones que contieneel núcleo, razón por la cual sus cargaseléctricas se encuentran balanceadas.
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Un enorme vacío separa a los electronesdel núcleo atómico. Esto puedeexplicarse recurriendo a la analogía entreel átomo de hidrogeno (el más simple queexiste, pues está compuesto por un soloprotón y un electrón) y nuestro SistemaSolar. Si pudiéramos amplificar al protónque constituye el núcleo de este átomo altamaño del Sol, su único electrón seencontraría girando a una distancia 30veces mayor que la que existe entre esteastro y la Tierra.
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En la naturaleza se conocen 103elementos químicos plenamenteidentificados, cada elemento estáformado por átomos del mismonúmero atómico, pero que puedentener diferente número de masa.Estos elementos se originan de 272átomos estables con distintosnúmeros de masa.
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Estos átomos de un mismo elementoreciben el nombre de isótopos. Así, elelemento uranio, con numero atómico92, por ejemplo, tienefundamentalmente dos isótoposnaturales, cuyos números de masa son235 y 238.
Átomo de uranio
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La energía nuclear está localizada enlos núcleos de los átomos.Una reacción nuclear consiste en lamodificación de la cantidad denucleones en un núcleo o suredistribución en nuevos núcleos.
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Así, es común referirse a la energíanuclear no sólo como el resultado deuna reacción sino como un conceptomás amplio que incluye losconocimientos y técnicas que permitenla utilización de esta energía por partedel ser humano.Los tres sistemas más investigados ytrabajados para la obtención de energíaaprovechable a partir de la energíanuclear son el decaimiento radiactivo, lafisión nuclear y la fusión nuclear.
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Es un proceso complejo en el cual el núcleo de unátomo emite a lo menos una partícula y puede ono transformarse en otro elemento químico. Tienesu origen en el núcleo atómico y está íntimamenterelacionado con la estabilidad nuclear.La partícula emitida puede ser:�radiación gamma (γγγγ).�radiación alfa (αααα).�radiación beta (ß).
Decaimiento radiactivo
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Fisión nuclear
Es una reacción nuclear, lo que significaque tiene lugar en el núcleo atómico. Lafisión ocurre cuando un núcleo pesadocaptura un neutrón y se divide en dos omás núcleos ligeros, además dealgunos subproductos como neutroneslibres, fotones (generalmente rayosgamma) y otros fragmentos del núcleocomo partículas alfa (núcleos de helio) ybeta (electrones y positrones) de altaenergía.
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La fisión se puede inducir por variosmétodos, incluyendo el bombardeo delnúcleo de un átomo fisionable con unapartícula de la carga y la energía correcta;esta partícula es generalmente un neutrónlibre. Este neutrón libre es absorbido porel núcleo, haciéndolo inestable (como unapirámide de naranjas en el supermercadollega a ser inestable si alguien lanza otranaranja en ella a la velocidad adecuada).
Fisión nuclear
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El núcleo inestable entonces separtirá en dos o más pedazos: losproductos de la fisión queincluyen dos núcleos máspequeños, hasta siete neutroneslibres (con una media de dos ymedio por reacción), y algunosfotones.
Fisión nuclear
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Fusión Nuclear
La fusión es el proceso por el cualdos núcleos atómicos se unen paraformar un núcleo más pesado. Seacompaña de la liberación de unacantidad enorme de energía.
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Fusión Nuclear
La fusión nuclear se produce de formanatural en las estrellas. La fusiónartificial también se ha logrado en variasinstalaciones experimentales, aunquetodavía no ha se ha podido obtenerla demanera sostenida.La energía solar que se recibe en la tierraes de origen nuclear.
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Principal aplicación
La principal aplicación de la energíanuclear es mediante la fisión nuclearcontrolada en reactores nucleares enlos que se producen reaccionesnucleares de fisión de maneracontrolada y se aprovecha la energíacon la que son liberados los productosde fisión, los neutrones y los fotonesque se producen en cada fisión.
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¿Qué es la energía nuclear? Aplicaciones
Esas partículas, al frenarse en la materiaque las rodea, producen energía térmica.Esta energía térmica se transforma enenergía mecánica utilizando turbinas degas o de vapor. Dicha energía puede serempleada en el transporte, como porejemplo en los buques nucleares,generación de energía eléctrica encentrales nucleares, desalar agua de mar,producir hidrogeno, o para calefacción.
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Aplicaciones
La principal característica de estetipo de energía es la alta cantidadde energía que puede producirsepor unidad de masa de materialutilizado como combustible.
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Historia
Los experimentos sobre la radiactividad deciertos elementos como el Uranio, el Polonioy el Radio, realizados a fines del siglo pasadopor Henri Becquerel, Pierre y Marie Curie,condujeron en 1902 al descubrimiento delfenómeno de la trasmutación de un átomo enotro diferente, a partir de una desintegraciónespontánea que ocurría con grandesprendimiento de energía.
Henri Becquerel
Pierre y Marie Curie
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Poco después, en 1905, los estudios deEinstein explicaron que dichodesprendimiento de energía era el resultadode la transformación de pequeñísimascantidades de masa de acuerdo con laequivalencia E=mc2. Ambos hechoscondujeron a la conclusión de que si selograba desintegrar a voluntad los átomos dealgunos elementos, seguramente se podríanobtener cantidades fabulosas de energía.
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En 1938 Otto Hahn, Fritz Strassman yLise Meitner pudieron comprobar elfenómeno de la fisión nuclear,bombardeando con neutrones núcleosdel isótopo Uranio 235. En estareacción cada núcleo se parte en dosnúcleos de masas inferiores, emiteradiaciones, libera energía que semanifiesta en forma térmica y emitedos o tres nuevos neutrones.
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Esta última circunstancia llevó al físico italianoEnrico Fermi a tratar de mantener y controlaruna reacción nuclear, utilizando los neutronesproducidos en la fisión de núcleos del Uranio235, para fisionar otros núcleos del mismoisotopo en lo que se denomina una “reacciónen cadena”, lográndolo finalmente el 2 dediciembre de 1942; el control de la “reacción encadena” se obtuvo mediante la absorción ocaptura de los neutrones libres por elementoscomo el Boro y el Cadmio.
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Desgraciadamente, todos estosdescubrimientos, tuvieron como primeraaplicación la manufactura de bombasatómicas, que fueron lanzadas sobre lasciudades japonesas de Hiroshima yNagasaki. No fue sino hasta la primeramitad de la década de los cincuenta, cuandopor primera vez se empleó la energíanuclear para generar electricidad.
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