Radiación Inducida

  Se produce cuando se bombardean ciertos núcleos estables con partículas apropiadas. Si la energía de estas partículas tiene un valor adecuado, penetran el núcleo bombardeado y forman un nuevo núcleo que, en caso de ser inestable, se desintegra después radiactivamente. Fue descubierta por los esposos Jean Frédéric Joliot-Curie e Irène Joliot-Curie, bombardeando núcleos de boro y de aluminio con partículas alfa. Observaron que las sustancias bombardeadas emitían radiaciones después de retirar el cuerpo radiactivo emisor de las partículas de bombardeo.

Muestra de radiación inducida

Fisión y Fusión Nuclear

La fisión nuclear es una reacción en la cual al hacer incidir neutrones sobre un núcleo pesado, éste se divide en dos núcleos, liberando una gran cantidad de energía y emitiendo dos o tres neutrones.

Fue descubierta por O. Hahn y F. Strassmann en 1938, al detectar elementos de pequeña masa en una muestra de uranio puro irradiada con neutrones.

Basta una pequeña cantidad de energía como la que transporta el neutrón que colisiona con el núcleo, para que pueda producirse la reacción de fisión. A su vez, los neutrones emitidos en la fisión de un núcleo pueden ocasionar nuevas fisiones al interaccionar con nuevos núcleos fisionables que emitirán nuevos neutrones y así sucesivamente. A este efecto multiplicador se le conoce con el nombre de reacción en cadena.

Fisión nuclear

La fusión nuclear es la reacción en la que dos núcleos muy ligeros, en general el hidrógeno y sus isótopos, se unen para formar un núcleo más pesado y estable, con gran desprendimiento de energía. La energía producida por el Sol tiene este origen.

Para que se produzca la fusión, es necesario que los núcleos cargados positivamente se aproximen venciendo las fuerzas electrostáticas de repulsión. En la Tierra, donde no se puede alcanzar la gran presión que existe en el interior del Sol, la energía necesaria para que los núcleos que reaccionan venzan las interacciones se puede suministrar en forma de energía térmica o utilizando un acelerador de partículas.

La ganancia energética de la fusión consiste en que la energía necesaria para calentar y confinar el plasma sea menor que la energía liberada por las reacciones de fusión.

Fusión nuclear.

Aplicación de la fusión y fisión

Aplicación de la fusión:

El proyecto más avanzado en Fusión Nuclear por Confinamiento Magnético es el ITER, prototipo basado en el concepto Tokamak, y en el que se espera alcanzar la ignición. Ante los buenos resultados obtenidos en el JET, en 1990 se decidió continuar el programa de fusión con una instalación mayor en la que además del reactor, pudieran probarse sus sistemas auxiliares sin generar aún electricidad. En este proyecto participan la Unión Europea, Canadá,EEUU, Japón y Rusia.

Planta de Fusión Nuclear.

El objetivo es determinar la viabilidad técnica y económica de la fusión nuclear por confinamiento magnético para la generación de energía eléctrica.

Su construcción se estima necesitará 10 años y al menos 20 de investigación. Entre las tecnologías empleadas para su construcción y posterior funcionamiento y mantenimiento destacan la robótica, superconductividad, microondas, aceleradores y los sistemas de control.

En la máquina ITER no se producirá energía eléctrica, se probaran las soluciones a los problemas que necesitan ser resueltos para hacer viables los futuros reactores de fusión nuclear. Este ambicioso proyecto de investigación dará sus primeros resultados a partir de 2050.

Aplicaciones de la fisión:

Existen dos tipos básicos de bombas de fisión: utilizando uranio altamente enriquecido o utilizando plutonio. Ambos tipos se fundamentan en una reacción de fisión en cadena descontrolada y solo se han empleado en un ataque real en Hiroshima y Nagasaki, al final de la Segunda Guerra Mundial.

Para que este tipo de bombas funcionen es necesario utilizar una cantidad del elemento utilizado superior a la Masa crítica. Suponiendo una riqueza en el elemento del 100%, eso suponen 52 kg de 235U o 10 kg de 239Pu. Para su funcionamiento se crean 2 o más partes subcríticas que se unen mediante un explosivo químico convencional de forma que se supere la masa crítica.
 

Bomba de Uranio

Aplicaciones de los radioisótopos

1. Irradiación de alimentos: La irradiación gamma proviene de fuentes de Co-60 o Cs-137es un medio que reduce la descomposición de los alimentos, sin que se torne radiactivo. La pasteurización con gamma retarda el crecimiento de bacterias, mohos y levaduras.

Proceso de Irradiación de alimentos.

2. Agregando una pequeña cantidad de material radiactivo se puede detectar el curso de aguas en tuberías subterraneas y de posibles pérdidas por filtración, haciendo uso de un contador Geiger.

Contador Geiger.

 
4. Activación neutrónica: Consiste en la conversión de un isótopo estable en una especie radiactiva mediante bombardeo de neutrones. 

Ej: As (A=75, Z=33) + n (A=1, Z=0) ------> As (A=76, Z=33)
El As-76 es metaestable y decae por emisión gamma. Este método se ha usado para la detección de Arsenico en pelo humano y en determinar la autenticidad de obras pictoricas de gran valor.

Bombardeo de neutrones.

 

5. En medicina: Permite la visualización por contraste de organos, tumores, funciones anormales, pasos metabolicos y terapica onmcológica.
La radioterapia Interna consiste en introducir al cuerpo del paciente la fuente emisora de radiación por via oral o via sanguínea.

Radioterapia Interna.

Aplicaciones Bélicas

Una bomba atómica es un dispositivo que obtiene una gran cantidad de energía de reacciones nucleares. Su funcionamiento se basa en provocar una reacción nuclear en cadena descontrolada. Se encuentra entre las denominadas armas de destrucción masiva  y su explosión produce una distintiva nube en forma de hongo. La bomba atómica fue desarrollada por Estados Unidos durante la II Guerra Mundial gracias al Proyecto Manhattan, y es el único país que ha hecho uso de ella en combate (en 1945, contra las ciudades japonesas de Hiroshima y  Nagasaki).

Explosión de la bomba atómica

El proyecto Manhattan produjo dos modelos distintos de bombas atómicas. La bomba lanzada sobre Hiroshima, llamada Little Boy, fue construida con uranio- 235, un raro isótopo del uranio. El diseño de la bomba era más sencillo que el de la utilizada durante el bombardeo de Nagasaki y el principio operacional consistía en disparar piezas de uranio una contra otra. Para evitar problemas, la bomba utilizó un cañón para disparar una parte del uranio 235 dentro de la otra. Debido a que se creía que su diseño era sumamente confiable, se consideró que no hacía falta probarlo antes de usarse.

Bomba atómica

Su procedimiento se basa en la fisión de un núcleo pesado en elementos más ligeros mediante el bombardeo de neutrones que, al impactar en dicho material, provocan una reacción nuclear en cadena. Para que esto suceda hace falta usar núcleos fisibles como el uranio-235 o el plutonio-239. Según el mecanismo y el material usado se conocen dos métodos distintos para generar una explosión nuclear: el de la bomba de uranio y el de la de plutonio.

Reacción en cadena de fisión nuclear del átomo de uranio-235