Tema 8: La energía de Fusión: fundamentos, combustible, seguridad. Flashcards

1
Q

Desintegración alfa.

A
  • Partícula alfa: núcleo de Helio (4He, 2 protones y 2 neutrones).
  • Se da en elementos pesados (número másico A > 100)
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2
Q

Desintegración beta.

A
  • Mediada por la interacción nuclear débil.
  • Mecanismo a través del cual un quark cambia de sabor (ej: quark up en protón se convierte en down -> protón se convierte en neutrón)
  • Ocurre en núcleos fuera del valle de estabilidad (cuando hay exceso de protones o neutrones)
  • Desintegración beta- : neutrón (aislado o confinado) se convierte en protón emitiendo un electrón y un antineutrino.
  • Desintegración beta+ : protón dentro de núcleo se convierte en neutrón emitiendo un positrón y un neutrino.
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3
Q

Desintegración gamma.

A
  • Se da en núcleos con exceso de energía (excitados).

- Núcleo emite fotón (se conservan los números atómicos y másicos).

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4
Q

Fisión espontánea.

A
  • Núcleo muy pesado se divide espontáneamente en 2 núcleos más ligeros, emitiendo cierto número de neutrones.
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5
Q

Emisión de nucleones.

A
  • Se da en núcleos excitados (energía mayor como para vencer fuerza nuclear fuerte).
  • El núcleo puede emitir protón o neutrón.
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6
Q

Reacciones nucleares.

A
  • Proceso en el que dos nucleidos interaccionan para formar uno o más nucleidos diferentes de lo que había al inicio.
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7
Q

Defecto de masa.

A
  • Masa nucleidos iniciales > nucleidos finales –> exotérmica.
  • Masa nucleidos iniciales < nucleidos finales –> endotérmica.
  • Cuanto mayor sea energía de ligadura, más estable será el nucleido.
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8
Q

Sección eficaz

A
  • Indica probabilidad de que ocurra una reacción.
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9
Q

Fusión nuclear.

A
  • Reacción que da lugar a un nucleido con número másico mayor que el de cada uno de los nucleidos iniciales.
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10
Q

Ciclo protón - protón.

A
  • Tiene lugar en el Sol.

- 4p → 4He + 2e− + 2v- + 26,732MeV

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11
Q

Reacciones de fusión de isótopos de hidrógeno.

A
  • Son reacciones exotérmicas.
  • Importantes para la producción energética.
  • Es necesaria una energía de activación (energía necesaria para superar la fuerza electromagnética).
  • 2H + 3H → 4He(3,5MeV)+ 1n(14,1MeV)
  • 2H + 2H → 3H(1,01MeV) + 1H(3,02MeV) → 3He(0,82MeV) + 1n(2,45MeV)
  • 2H + 3He → 4He(3,6MeV) + 1p(14,7MeV)
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12
Q

Límite de la fusión exotérmica.

A
  • Las reacciones de fusión dejan de ser exotérmicas cuando el elemento resultante es más pesado que el 62Ni.
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13
Q

Plasma.

A
  • Es un estado de la materia.
  • Se produce bajo condiciones de extrema temperatura: los enlaces de la materia se rompen y también los enlaces de los electrones de valencia.
  • Se obtienen electrones libres e iones positivos.
  • El plasma tiene similitudes con un gas, se expande con la temperatura.
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14
Q

Tipos de confinamiento de plasma.

A
  • El confinamiento es fundamental para evitar la expansión y que los nucleidos estén lo suficientemente cerca.
  • Confinamiento por gravedad: en las estrellas la gravedad del plasma compensa la presión interna debida a la temperatura.
  • Confinamiento electromagnético: con campos electromagnéticos (el plasma está formado por partículas cargadas).
  • Confinamiento inercial: por aceleración de la materia.
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15
Q

Pico de Gamow.

A
  • Pico de penetración de la barrera Coulombiana.

- Rangos de energía de máxima eficiencia para la producción de reacciones de fusión (por efecto túnel).

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16
Q

Tasa de reacción.

A
  • Número de colisiones o reacciones de fusión por unidad de volumen y unidad de tiempo (R).
  • R = n1 · n2 · σ · v

R == tasa de reacción (1/cm^3·s)
n1 == densidad de partículas incidentes (1/cm^3)
n2 == densidad de partículas en el blanco (1/cm^3)
σ == sección eficaz de la reacción de fusión (cm^2)
v == velocidad relativa de las partículas (cm/s)

17
Q

Densidad de potencia.

A
  • Energía liberada por fución por unidad de volumen y tiempo.

P = R · Q

P == densidad de potencia (MeV/cm^3·s)
R == tasa de reacción (1/cm^3·s)
Q == energía neta liberada por cada reacción de fusión (MeV)

18
Q

Propiedades del plasma.

A
  • Muy buena conductividad eléctrica.
  • Por su alta conductividad el interior del plasma está apantallado frente a campos eléctricos ctes. pero no frente a campos magnéticos ctes.
  • No tiene forma ni volumen definido (como los gases).
  • El plasma puede formar estructuras complejas (filamentos o capas) en presencia de campo magnético.
19
Q

Condiciones de creación de plasma.

A
  • Temperaturas muy elevadas (decenas de millones de K) -> keV
  • Energías mucho mayores que potencial de ionización.
20
Q

Parámetros del plasma.

A
  • Longitud característica (longitud de Debye).
  • Frecuencia característica (frecuencia de plasma).
  • Parámetro colisional característico (parámetro de plasma).
  • Lo ideal es que el plasma tenga alta frecuencia y alto valor de parámetro y baja longitud de Debye.
21
Q

Autoblindaje frente al resto de partículas del plasma

A

Nube de carga opuesta alrededor de cada partícula hace que se produzca un apantallamiento de la partícula frente al resto.

22
Q

Longitud de Debye.

A

Define la distancia de autoapantallamiento en el plasma del campo electrostático de cada partícula.

23
Q

Fusión en las estrellas

A
  • En estrellas con temperatura interna inferior a 15·10^6 K: fusión protón-protón
  • En estrellas masivas: proceso dominante es el ciclo CNO
  • En estrellas con temperatura interna > 100·10^6 K: proceso triple alfa
24
Q

Creación de elementos más pesados que el hierro (no se producen por fusión).

A
  • Por captura de neutrones (aumenta número másico) -> suelen decaer por desintegración beta y aumentan el número atómico.
    · Proceso s (slow)
    · Proceso r (rapid)
  • Proceso p (absorción de protones, menos común)
25
Q

Criterio de Lawson.

A
  • Establece criterio de ignición de las reacciones de fusión mediante un balance de energía entre:
    · Temperatura (T)
    · Tiempo de confinamiento (tau)
    · Densidad (n)
26
Q

Confinamiento magnético.

A
  • El plasma de baja densidad a elevadas temperaturas se mantiene confinado mediante campos magnéticos (helicoidales).
  • Tokamak: parte del campo magnético es generado por una corriente eléctrica que circula por el propio plasma.
  • Stellarator: todo el campo magnético se produce con solenoides helicoidales externos.
27
Q

Confinamiento inercial.

A
  • Diminuta cápsula de combustible se comprime inercialmente mediante láseres muy potentes (muy alta densidad -> muchas reacciones en poco tiempo)