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Rendimiento del producto de fisión

La fisión nuclear divide un núcleo pesado como el uranio o el plutonio en dos núcleos más ligeros, que se denominan productos de fisión . El rendimiento se refiere a la fracción de un producto de fisión producida por fisión.

El rendimiento se puede desglosar por:

  1. isótopo individual
  2. Elemento químico que abarca varios isótopos de diferente número másico pero del mismo número atómico .
  3. Núcleos de un número másico determinado independientemente del número atómico . Conocida como "cadena de rendimiento" porque representa una cadena de desintegración de desintegración beta .

Los rendimientos de isótopos y elementos cambiarán a medida que los productos de fisión experimenten desintegración beta, mientras que los rendimientos de cadena no cambian después de que se complete la emisión de neutrones por unos pocos productos de fisión iniciales ricos en neutrones ( neutrones retardados ), con una vida media medida en segundos.

Algunos isótopos pueden producirse directamente mediante fisión, pero no mediante desintegración beta porque el posible precursor con número atómico uno mayor es estable y no se desintegra. Los rendimientos de la cadena no tienen en cuenta estos isótopos "sombreados"; sin embargo, tienen rendimientos muy bajos (menos de una millonésima parte de los productos de fisión comunes) porque son mucho menos ricos en neutrones que los núcleos pesados ​​originales.

El rendimiento generalmente se expresa como porcentaje por fisión, de modo que los porcentajes de rendimiento total suman 200%. Con menos frecuencia, se expresa como porcentaje de todos los productos de fisión, de modo que los porcentajes suman 100%. La fisión ternaria , aproximadamente entre el 0,2% y el 0,4% de las fisiones, también produce un tercer núcleo ligero como el helio-4 (90%) o el tritio (7%).

Curva de masa versus rendimiento

Rendimientos en masa del producto de fisión para la fisión de neutrones térmicos del U-235, Pu-239, una combinación de los dos típicos de los reactores nucleares actuales, y U-233 utilizado en el ciclo del combustible del torio.

Si se dibuja una gráfica del rendimiento másico o molar de los productos de fisión en función del número atómico de los fragmentos, se obtienen dos picos, uno en la zona del circonio hasta el paladio y otro en la zona del xenón hasta el neodimio . Esto se debe a que el evento de fisión hace que el núcleo se divida de manera asimétrica, [1] ya que los núcleos más cercanos a los números mágicos son más estables. [2]

Rendimiento frente a Z : ésta es una distribución típica de la fisión del uranio . Tenga en cuenta que en los cálculos utilizados para hacer este gráfico se ignoró la activación de los productos de fisión y se supuso que la fisión ocurrió en un solo momento en lugar de en un período de tiempo. En este gráfico de barras se muestran los resultados para diferentes tiempos de enfriamiento (tiempo después de la fisión).

Rendimiento frente a Z. Los colores indican la volatilidad del fluoruro , que es importante en el reprocesamiento nuclear : los elementos azules tienen fluoruros volátiles o ya lo son; los elementos verdes no los tienen pero tienen cloruros volátiles; Los elementos rojos no tienen ninguno de los dos, pero los elementos mismos son volátiles a temperaturas muy altas. Rendimientos a 10 0,1,2,3 años después de la fisión , sin considerar la captura posterior de neutrones , fracción de 100%, no de 200%. Desintegración beta Kr-85 → Rb , Sr-90 → Zr , Ru-106 → Pd , Sb-125 → Te , Cs-137 → Ba , Ce-144 → Nd , Sm-151 → Eu , Eu-155 → Gd visible .

Debido a la estabilidad de los núcleos con números pares de protones y/o neutrones , la curva de rendimiento frente al elemento no es suave. Tiende a alternarse.

En general, cuanto mayor es la energía del estado que sufre la fisión nuclear, más probable es una fisión simétrica, por lo tanto, a medida que aumenta la energía de los neutrones y/o aumenta la energía del átomo fisionable , el valle entre los dos picos se vuelve más superficial; por ejemplo, la curva de rendimiento contra masa del Pu-239 tiene un valle más superficial que el observado para el U-235 , cuando los neutrones son neutrones térmicos . Las curvas de fisión de los actínidos posteriores tienden a formar valles aún más superficiales. En casos extremos como 259 Fm, sólo se ve un pico.

El rendimiento generalmente se expresa en relación con el número de núcleos en fisión, no con el número de núcleos de productos de fisión, es decir, los rendimientos deben sumar 200%.

La tabla de la siguiente sección ("Ordenados por rendimiento") muestra los rendimientos de productos de fisión radiactivos notables (con vidas medias superiores a un año, más yodo-131 ) y productos de fisión de veneno de neutrones (los pocos más absorbentes) , a partir de fuentes térmicas. Fisión de neutrones del U-235 (típica de los reactores de energía nuclear ), calculada a partir de [1] [ enlace muerto permanente ] .

Los rendimientos de la tabla suman sólo el 45,5522%, incluido el 34,8401% que tiene vidas medias superiores a un año:

El resto y el 54,4478% que no figura en la lista se desintegran con vidas medias inferiores a un año en núcleos no radiactivos.

Esto es antes de tener en cuenta los efectos de cualquier captura de neutrones posterior; p.ej:

Además de los productos de fisión, los otros tipos de productos radiactivos son

Productos de fisión del U-235

Rendimientos a 10 0,1,2,3 años después de la fisión , probablemente de Pu-239 y no de U-235 porque la joroba izquierda se desplaza hacia la derecha, sin considerar la captura posterior de neutrones , fracción de 100%, no de 200%. Desintegración beta Kr-85 → Rb , Sr-90 → Zr , Ru-106 → Pd , Sb-125 → Te , Cs-137 → Ba , Ce-144 → Nd , Sm-151 → Eu , Eu-155 → Gd visible .

Rendimientos acumulados de fisión

Los rendimientos acumulativos de fisión dan las cantidades de nucleidos producidos directamente en la fisión o por la desintegración de otros nucleidos.

Rendimientos a 10 0,1,2,3 años después de la fisión , probablemente de Pu-239 y no de U-235 porque la joroba izquierda se desplaza hacia la derecha, sin considerar la captura posterior de neutrones , fracción de 100%, no de 200%. Desintegración beta Kr-85 → Rb , Sr-90 → Zr , Ru-106 → Pd , Sb-125 → Te , Cs-137 → Ba , Ce-144 → Nd , Sm-151 → Eu , Eu-155 → Gd visible .

Ordenado por número de masa

Las desintegraciones, aunque sean prolongadas, se atribuyen al nucleido estable.

Las desintegraciones con una vida media superior a un siglo están marcadas con un solo asterisco (*), mientras que las desintegraciones con una vida media superior a cien millones de años están marcadas con dos asteriscos (**).

Vidas medias, modos de desintegración y fracciones de ramificación.

  1. ^ β - ramas de desintegración de 0,9982 ± 0,0002 a Kr-85m y 0,0018 ± 0,0002 a Kr-85.
  2. ^ Fracciones de ramificación de ENSDF: 0,944 ± 0,007 para IT y 0,056 ± 0,007 para β − .
  3. ^ β - rama de desintegración de 0,0288 ± 0,0002 a Xe-133m.
  4. ^ Las fracciones de ramificación se promediaron a partir de la base de datos ENSDF.
  5. ^ Las fracciones de ramificación se adoptaron de la base de datos ENSDF.
  6. ^ ab Las fracciones de ramificación se adoptaron a partir de datos de LNHB.

Ordenado por sección transversal de absorción de neutrones térmicos

Referencias

  1. ^ "rendimiento de fisión". Archivado desde el original el 28 de mayo de 2007 . Consultado el 10 de junio de 2007 .
  2. ^ Möller, P; Madland, director general; Sierk, AJ; Iwamoto, A (15 de febrero de 2001). "Modos de fisión nuclear y asimetrías de masa de fragmentos en un espacio de deformación de cinco dimensiones". Naturaleza . 409 (6822): 785–790. Código Bib :2001Natur.409..785M. doi :10.1038/35057204. PMID  11236985. S2CID  9754793.
  3. ^ Purkayastha, BC y GR Martin. "Los rendimientos de 129I en la fisión de uranio natural e inducida por neutrones". Revista Canadiense de Química 34.3 (1956): 293-300.
  4. ^ ab "Rendimiento acumulativo de fisión". www-nds.iaea.org . OIEA . Consultado el 11 de noviembre de 2016 .
  5. ^ "Vidas medias y fracciones de ramificación de desintegración para productos de activación". www-nds.iaea.org . OIEA . Consultado el 11 de noviembre de 2016 .
  6. ^ Archivo de datos de estructura nuclear evaluada de abcdefghijklmnopqrs, http://www-nds.iaea.org/ensdf/, 26 de enero de 2006.
  7. ^ abcde M.-M. Bé, V. Chisté, C. Dulieu, E. Browne, V. Chechev, N. Kuzmenko, R. Helmer, A. Nichols, E. Schönfeld, R. Dersch, Monographie BIPM-5, Table of Radionuclides, vol. 2-A= 151 a 242, 2004.
  8. ^ abcde Laboratoire National Henri Becquerel, Datos recomendados, http://www.nucleide.org/DDEP_WG/DDEPdata.htm, 16 de enero de 2006.
  9. ^ abcdefghijklmn M.-M. Bé, VP Chechev, R. Dersch, OAM Helene, RG Helmer, M. Herman, S. Hlavác, A. Marcinkowski, GL Molnár, AL Nichols, E. Schönfeld, VR Vanin, MJ Woods, OIEA CRP "Actualización de X- ray and Gamma-ray Decay Data Standards for Detector Calibration and Other Applications", informe de información científica y técnica del OIEA STI/PUB/1287, mayo de 2007, Organismo Internacional de Energía Atómica, Viena, Austria, ISBN 92-0-113606-4 . 

enlaces externos