Fisica General Burbano

REACCIONES DE FUSIÓN Y DE FISIÓN 747
Los valores obtenidos en esta cuestión son sólo aproximaciones, pero nos dan el orden de
magnitud de la energía que realmente se desprende en la fisión de un átomo de uranio de 235 nucleones.
XXX – 34. Distribución de masa de los fragmentos de fisión
Al producir la escisión de núcleos por bombardeo con neutrones aparecen muchas parejas de
núcleos diferentes. En la fisión del U-235 aparecen núcleos con número de
masa comprendido entre 72 y 160, es decir, más de 80 posibilidades para el
valor de A, lo que da un número de más de 40 formas de fisionarse. Así, por
ejemplo:
235
92
1
0
141
56
139
53
92
56
95
38Sr
96 1
39Y
0
1
0
1
0
U + n → Ba + Kr + 3 n
→
139
54 Xe + + 2 n
→ I + + n
MUESTRA PARA EXAMEN. PROHIBIDA SU REPRODUCCIÓN. COPYRIGHT EDITORIAL TÉBAR
El modo más frecuente de representar la distribución de las masas de los
productos es en forma de una curva de rendimiento de fisión (Fig. XXX-29) en
la que, frente al número de masa A en el eje de abscisas, se representa en el
eje de ordenadas el tanto por ciento de veces que aparece un núcleo con un A
determinado.
Para el U-235 los rendimientos varían entre el 10 –5 % para los núcleos de
número másico más diferente, y el 6,6 % para los productos I-139 e Y-96.
Sólo el 0,01% de las fisiones producen dos fragmentos iguales mientras que el
97% de las veces los productos pertenecen a dos grupos, uno ligero con números
másicos entre 85 y 104, y otro pesado con valores entre 130 y 149. La
curva de la figura es simétrica respecto de A = 117, de manera que los fragmentos
de las ramas izquierda y derecha del grupo ligero se corresponden, respectivamente,
con los de las ramas derecha e izquierda del grupo pesado.
La pérdida de masa en la fisión se traduce en una velocidad de salida de
los fragmentos muy alta, siendo sus energías cinéticas inversamente proporcionales
a sus masas; en efecto: si despreciamos la contribución de los posibles
neutrones emitidos en la fisión y consideramos el núcleo blanco en reposo, la conservación del
momento lineal impone m 1
v 1
= m 2
v 2
, con lo que la relación de energías cinéticas es:
2
T1
m1 v1/
2 m2
= =
2
T m v / 2 m
los cálculos consiguientes para los distintos pares de fragmentos dan valores de la velocidad de salida
del orden de 10 7 m/s.
XXX – 35. Emisión de neutrones
2
2 2
La relación entre el número de neutrones y protones, N/Z, en núcleos estables aumenta conforme
se incrementa el número másico; en los más pesados es mayor de 1,5, mientras que en los
de la mitad del sistema periódico, a la que pertenecen los productos de fisión, está entre 1,34 y
1,4. Por tanto, si un núcleo pesado se escinde en dos, la relación N/Z en éstos últimos es mayor
que la compatible con la estabilidad, es decir, como consecuencia de la fisión resulta un exceso de
neutrones.
Estas razones justifican el hecho de que simultáneamente a la fisión se emitan neutrones inmediatos
de reacción; además, los fragmentos de fisión pueden emitir en un tiempo muy pequeño
nuevos neutrones, llamados, neutrones inmediatos de desintegración. Y por fin, esos fragmentos
experimentan desintegraciones beta y emiten, eventualmente, nuevos neutrones. Estos últimos,
posteriores a una radiación beta, se producen durante varios minutos después de ocurrida la fisión
con intensidad exponencialmente decreciente, se denominan neutrones retardados, superan el 1%
aproximadamente del número total de los emitidos y juegan un importante papel en el control de
los reactores nucleares (cuestión XXX-37).
La figura (Fig. XXX-30) muestra un posible esquema de desintegración con emisión de neutrones
retardados. El I-137 puede desintegrarse emitiendo una partícula beta de poca energía, y dando
lugar a Xe-137 en estado excitado, que emite un neutrón para pasar a Xe-136 estable y en estado
fundamental. Paralelamente a este proceso se da otro de desintegración beta, pero en este
caso el electrón es emitido con una energía grande, dando Xe-137 en un estado de energía muy
bajo. Este último produce Ba-137 estable según el esquema de la figura.
Los neutrones emitidos en la fisión pueden ser uno, dos, tres e incluso más, con lo que el número
medio de ellos no es entero; así en las fisiones que se utilizan normalmente en la industria,
como son las del U-235 y del Pu-239 con neutrones lentos y la del U-238 con neutrones rápidos,
1
Fig. XXX-29.– Curva de rendimiento en la fisión de U-235
por neutrones térmicos.
Fig. XXX-30.– Desintegración del I-
137 con emisión de un neutrón retardado,
en el proceso Xe-137* → n +
Xe-136.