¿Cómo se extrae realmente la energía de la fisión?

Todas las fuentes que puedo encontrar en este momento solo dicen algo como 'la fisión nuclear libera energía / calor', pero no puedo encontrar una descripción del mecanismo específico.

Sé que la 'conversión' de energía, por así decirlo, es de 'nuclear' [en el núcleo madre] a 'térmica' [en el refrigerante (agua)], pero estoy buscando una comprensión de lo que está sucediendo en un nivel fundamental .

Sé que los núcleos hijos y los neutrones libres tendrán energía cinética. ¿Se transfiere esto al agua a través de colisiones atómicas?

¿Los rayos gamma ayudan a calentar el agua? ¿Si es así, cómo?

Respuestas (2)

En los reactores nucleares el calor se utiliza (si se utiliza 1 ) para accionar algún tipo de motor. En las grandes centrales eléctricas terrestres, el calor absorbido por el agua se utiliza para impulsar turbinas de vapor. 2 La mayoría de estos reactores utilizan agua como moderador, por lo que las partes de trabajo del reactor están bajo agua en todo momento. En los reactores moderados con grafito, el fluido de trabajo (es decir, agua) pasa por el moderador en tuberías y se calienta por contacto con los moderadores calientes.

A nivel microscópico, el calor se produce cuando los fragmentos de fisión rápida o los rayos gamma golpean otras moléculas y las ponen en movimiento.

También existe una clase de dispositivos llamados "generadores radiotérmicos". Estos utilizan el calor más directamente para hacer funcionar los generadores electrotérmicos. Esto es aún menos eficiente, pero no tienen partes móviles y son muy compactos. Se utilizan en naves espaciales.

1 Algunos reactores pequeños funcionan únicamente para entrenamiento o para hacer uso del flujo de neutrones. A menudo llamados "reactores de prueba", no se utilizan para generar energía en absoluto.

2 Por razones de seguridad, el agua calentada por el reactor en realidad pasa a través de un intercambiador de calor para calentar un suministro de agua diferente que se utiliza para hacer funcionar la turbina.

Bueno, gracias. Mi pregunta es ¿ cómo es "absorbido el calor por el agua"?
Excelente, "A nivel microscópico, el calor ocurre cuando la fisión rápida o los fragmentos de rayos gamma golpean otras moléculas y las ponen en movimiento". era justo lo que estaba buscando. No supongas que tienes una fuente, ¿verdad?
La relación entre el movimiento de las partes microscópicas de un material y la temperatura es el tema de la "teoría cinética" y tiene aproximadamente 125 años. Cualquier texto de física general o texto de física térmica servirá. La interacción de la radiación ionizante y la materia es más joven, tal vez solo 75 años, pero cualquier texto sobre protección radiológica o experimentación de física nuclear/de partículas lo cubrirá en detalle. También hay un capítulo sobre el tema en el libro de datos de partículas , aunque se supone que ya conoce los conceptos básicos y solo necesita un recordatorio sobre los detalles.
Sí, claramente no busco una fuente para la teoría cinética en sí. Me preguntaba cuánto del calentamiento provenía de los fragmentos de fisión rápida y cuánto de los rayos gamma (si es que lo hacía)
@ User17670 En realidad, los fragmentos de fisión rápida casi nunca interactúan directamente con el agua (u otro medio de transferencia de calor), sino que se detienen dentro de los elementos combustibles debido a las colisiones con los átomos (combustible, productos de fisión o materiales de contención que evitan que el combustible ingrese al agua ) . Esto aumenta la temperatura del elemento combustible y, por lo tanto, la superficie del elemento, probablemente algún metal como el circonio o el acero inoxidable. El agua (o gas) que rodea el elemento combustible se calienta por conducción y radiación porque está a una temperatura más baja que el elemento combustible.

Cuando un isótopo se fisiona, libera entre 2 y 3 neutrones rápidos, rayos gamma instantáneos y, por lo general, dos productos de fisión. Los productos de fisión son radiactivos y parte de la descomposición del producto de fisión libera energía adicional en forma de rayos beta, rayos gamma y neutrinos.

La mayor parte de la energía (alrededor del 80 por ciento) se libera como energía cinética de los productos de fisión, lo que hace que el combustible nuclear se caliente. En la mayoría de los reactores comerciales, el agua fluye a través del núcleo para eliminar el calor del combustible y el agua se usa para producir vapor para una turbina.

Hay varias fuentes diferentes para saber exactamente cuánta energía se libera. En el libro "Teoría del Reactor Nuclear", de JR Lamarsh (1966), se da la siguiente tabla:

Fission fragments  168 MeV
Fission product decay
  beta rays          8 MeV
  gamma rays         7 MeV
  neutrinos         12 MeV  (this energy cannot be recovered)
prompt gamma rays    7 MeV
Fission neutrons     5 MeV
Total              207 MeV

Se pueden encontrar datos más actualizados en los datos de ENDF/B, pero son bastante parecidos a la tabla que se muestra arriba.

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