Fusión nuclear

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Fusión nuclear

  1. 1. David Saraguro Carlos BritoJosé Monard M. Frein Vera Anthony Acosta
  2. 2. ¿Qué es la fusión nuclear? En física nuclear, fusión nuclear es el proceso por el cual varios núcleos atómicos de carga similar se unen y forman un núcleo más pesado. Simultáneamente se libera o absorbe una cantidad enorme de energía, que permite a la materia entrar en un estado plasmático. En el caso más simple de fusión, en el hidrógeno, dos protones deben acercarse lo suficiente para que la interacción nuclear fuerte pueda superar su repulsión eléctrica mutua y obtener la posterior liberación de energía. En la naturaleza ocurre fusión nuclear en las estrellas, incluido el sol. En su interior las temperaturas son cercanas a 15 millones de grados Celsius. Por ello a las reacciones de fusión se les denomina termonucleares. En varias empresas se ha logrado también la fusión (artificial), aunque todavía no ha sido totalmente controlada.
  3. 3. ¿Qué es la fusión nuclear?Sobre la base de los experimentos de transmutación nuclear de Ernest Rutherford,conducidos pocos años antes, Mark Oliphant, en 1932, observó por vez primera la fusiónde núcleos ligeros (isótopos de hidrógeno).Posteriormente, durante el resto de ese decenio, Hans Bethe estudió las etapas del cicloprincipal de la fusión nuclear en las estrellas.La investigación acerca de la fusión para fines militares se inició en los años 40 delsiglo XX como parte del Proyecto Manhattan, pero no tuvo buen éxito hasta 1952. Laindagación relativa a fusión controlada con fines civiles se inició en el deceniosiguiente, los 50, y continúa hasta la fecha.
  4. 4. RequisitosPara que pueda ocurrir la fusión debe superarse una importante barrera deenergía producida por la fuerza electrostática. A grandes distancias, dosnúcleos se repelen debido a la fuerza de repulsión electrostática entre susprotones, cargados positivamente.Sin embargo, si se puede acercar dos núcleos lo suficiente, debido a lainteracción nuclear fuerte, que en distancias cortas es mayor, se puedesuperar la repulsión electrostática.Cuando un nucleón (protón o neutrón) se añade a un núcleo, la fuerza nuclearatrae a otros nucleones, pero -debido al corto alcance de esta fuerza-principalmente a sus vecinos inmediatos. Los nucleones del interior de unnúcleo tienen más vecinos nucleones que los existentes en la superficie.
  5. 5. RequisitosYa que la relación entre área de superficie y volumen de los núcleos menoreses mayor, por lo general la energía de enlace por nucleón debido a la fuerzanuclear aumenta según el tamaño del núcleo, pero se aproxima a un valorlímite correspondiente al de un núcleo cuyo diámetro equivalga al de casicuatro nucleones.Por otra parte, la fuerza electrostática es inversa al cuadrado de la distancia.Así, a un protón añadido a un núcleo le afectará una repulsión electrostáticade todos los otros protones.Por tanto, debido a la fuerza electrostática, cuando los núcleos se hacen másgrandes, la energía electrostática por nucleón aumenta sin límite.
  6. 6. RequisitosEl resultado neto de estas fuerzas opuestas es que generalmente la energíade enlace por nucleón aumenta según el tamaño del núcleo, hasta llegar a loselementos hierro y níquel, y un posterior descenso en los núcleos máspesados.Finalmente la energía de enlace se convierte en negativa, y los núcleos máspesados (con más de 208 nucleones, correspondientes a un diámetro dealrededor de seis nucleones) no son estables.Tres ventajas de la fusión nuclear son: a) en gran parte sus desechos norevisten la problemática de los provenientes de fisión; b)abundancia -y buenprecio- de materias primas, principalmente del isótopo dehidrógeno deuterio (D); c) si una instalación dejara de funcionar se apagaríainmediatamente, sin peligro de fusión no nuclear.
  7. 7. Confinamiento electrostático estable para fusiónnuclearComo se puede apreciar en el dibujo de arriba, se basa en circunscripción totalde iones de hidrógeno, confinados electrostáticamente. Los beneficios de esteconfinamiento son múltiples:El grosor de la esfera de cobre anula la inestabilidad causada por errores de simetría.La ionización del hidrógeno se genera fácilmente por el campo eléctrico que absorbe loselectrones sin disminuir la intensidad de ese campo.Se puede obtener un campo eléctrico intenso, lo cual evitaría fuga de los iones dehidrógeno.La energía necesaria es menor que la consumida por un reactor de fusión que genereun campo electromagnético para confinar los iones.La fusión nuclear se logra por medio de compresión-descompresión, aumentando odisminuyendo la intensidad del campo eléctrico. Para ello se aumenta o se disminuye lavelocidad del generador de electricidad.Como moderador de neutrones se puede utilizar plomo, aunque habría que probarsu eficacia.
  8. 8. ¿Qué es el Proyecto Manhattan?El Proyecto Manhattan fue el nombre en clave de un proyecto científico llevado acabo durante la Segunda Guerra Mundial por los Estados Unidos con ayuda parcialdel Reino Unido y Canadá. El objetivo final del proyecto era el desarrollo de laprimera bomba atómica antes de que la Alemania nazi la consiguiera.La investigación científica fue dirigida por el físico Julius RobertOppenheimer mientras que la seguridad y las operaciones militares corrían a cargodel general Leslie Richard Groves. El proyecto se llevó a cabo en numerososcentros de investigación siendo el más importante de ellos el Distrito deIngeniería Manhattan situado en el lugar conocido actualmente comoLaboratorioNacional Los Álamos.
  9. 9. ¿Qué es el Proyecto Manhattan?El proyecto agrupó a una gran cantidad de eminencias científicas como RobertOppenheimer, Niels Böhr, Enrico Fermi, Ernest Lawrence, etc. Dado que, traslos experimentos en Alemania previos a la guerra, se sabía quela fisión del átomo era posible y que los nazis estaban ya trabajando en supropio programa nuclear se reunieron varias mentes brillantes que erantambién pacifistas e izquierdistas en su mayoría. Exiliados judíos muchos deellos, hicieron causa común de la lucha contra el fascismo aportando su granode arena a la causa: conseguir la bomba antes que los alemanes.El primer ensayo atómico exitoso ocurrió en el desierto de Alamogordo,en Nuevo México. El test se llamó Trinity y el dispositivo detonado se denominócon nombre en clave Gadget. Se trataba de una bomba-A de plutonio deltipo Fat Man, el mismo tipo de bomba que sería lanzada sobre Nagasaki díasdespués. En la actualidad este lugar está marcado por un monolito cóniconegro de silicio resultado de la fusión de la arena bajo el efecto del calorprovocado por la explosión.
  10. 10. Gracias!

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