Problema de física nuclear, ¿Por qué usamos elementos atómicos de alto peso?

Hasta donde yo sé, la fisión nuclear usa elementos atómicos de alto peso para fabricar energía. Si el riesgo de reacciones fuera de control es una de las principales razones para no expandir esta tecnología, ¿por qué no usamos elementos con menor peso atómico (p. ej., menos energía) o menores cantidades de combustible (p. ej., menos masa total)?

Respuestas (3)

Este es un gráfico de energía de enlace por nucleón para los diversos núcleos.

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La fisión de núcleos más pesados ​​daría lugar a hijos con mayor energía de enlace que el padre (el gráfico se inclina hacia abajo, hacia el extremo de masa alta). Las hijas serán estables, por lo que la energética favorece la fisión de los núcleos pesados.

En respuesta al comentario:

Esta respuesta aborda los núcleos fisionables, es decir, los elementos más pesados ​​que el hierro. Ha recibido críticas justificadas de que esto en realidad no explica por qué ciertos núcleos son " fisionables " (es decir, núcleos que sufren fisión cuando son golpeados por neutrones térmicos lentos). Después de leer la pregunta, me doy cuenta de que la preocupación de los OP era realmente con los materiales fisionables. Así que pido disculpas por la respuesta inicial que se concentraba en los núcleos fisionables.

La respuesta, por cierto, sigue siendo energética. Wikipedia es un buen punto de partida para obtener una explicación.

No creo que esto realmente responda la pregunta. Energéticamente, cualquier cosa después de un peso atómico de alrededor de 100 sería un posible candidato a la fisión (hijas más unidas que los padres). Entonces, ¿por qué tenemos que llegar hasta pesos atómicos superiores a 200? La respuesta no es energética, al menos no en este sentido. Es que sólo los muy pesados ​​están unidos tan débilmente que la fisión inducida por neutrones tiene una velocidad de reacción apreciable.
@Ted Bunn Consulte la adición aclaratoria a mi respuesta. Abordó por qué algunos núcleos son fisionables. Estas en lo correcto, por su puesto. En cuanto a hacer una reacción de fisión artificial con neutrones lentos, esta explicación no es suficiente.
Una vez más, se trata de necesario y suficiente. Es necesario tener una pequeña energía de enlace para que sea fisible, por lo que deja núcleos por encima de Fe en la curva de energía de enlace, pero no suficiente para la elección. Son las propias reacciones y cadenas de descomposición las que determinan la elección. Si no se puede establecer una reacción en cadena, no sirve como combustible para reactores. Las masas atómicas pequeñas, incluso si son más grandes que el Fe, no pueden establecer una reacción en cadena. La pregunta era sobre el uso de masas atómicas más pequeñas que las utilizadas por los reactores actuales.
@Anna, esa es una corrección que acepté en la edición y el comentario anterior. Por "esta explicación" me refiero a mi explicación inicial. Lo siento si te confundió, el inglés no es mi idioma nativo, pero hago lo mejor que puedo.

¡Los núcleos utilizados son los que pueden fisionarse en una reacción en cadena!

Los más ligeros en los que piensas no se partirán. Eso es simplemente el resultado de experimentos.

Georg, la respuesta de yayu es la correcta. Es el balance de energía el que decide si se gana energía por fusión o por fisión, vinculando energía por nucleón. Entonces, la fisión ocurre después del Fe en números atómicos, y sí, entonces se deben elegir las desintegraciones en cadena apropiadas de la fisión para que se pueda hacer un reactor autosostenido.
"Entonces, la fisión ocurre después de Fe en números atómicos", "No, mal". Busque una tabla de isótopos sobre fisión o no. La respuesta de Yayu no está mal, pero es demasiado complicada para alguien tan simple como el que pregunta.
@anna v: energéticamente, es favorable que algo con una masa atómica de, digamos, 150 se fisione en dos hijas con masas atómicas de 75 cada una, ¿verdad? (La energía de enlace por nucleón alcanza su punto máximo en el hierro-56). Sin embargo, experimentalmente no se ve que esto suceda.
@Ted Bunn Seguro que se ve que sucede en las cadenas de descomposición de masas atómicas más altas y en haces de neutrones de baja energía. Pero no es suficiente para establecer una reacción en cadena autosostenida útil para un reactor o bombas. Es tradicional llamar a las reacciones con masas atómicas por encima del hierro "fisión" y por debajo, "fusión".
"Es tradicional llamar a las reacciones con masas atómicas por encima del hierro "fisión", y por debajo, "fusión". "" ????

La fisión nuclear utiliza átomos grandes que se separan para generar energía. Solo los núcleos atómicos grandes son lo suficientemente inestables para que esto suceda a un ritmo apreciable.

¿No podemos usar átomos un 20% más pequeños para mejorar la eficiencia a cambio de seguridad?
el factor de seguridad realmente no funciona así. Hay algunos combustibles nuevos posibles, como el Throium, que tienen una tasa espontánea más baja, por lo que cuando apaga el reactor, se apaga más rápido, pero tienen otros problemas.
@Eric Fossum mira mi comentario en la respuesta de Georg. Tanto la energía de enlace como la cadena de descomposición deben tenerse en cuenta para un diseño de reactor viable.
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