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Entre la fusión nuclear y la fisión nuclear, que produce más energía, ¿y por qué?

En la actualidad, en la historia del universo, la fusión produce mucha más energía que la fisión; la razón es simplemente que el universo está lleno de galaxias que están llenas de estrellas, todas las cuales producen energía a través del proceso de fusión.

La fisión, por el contrario, ocurre muy raramente, cuando suficientes elementos muy pesados ​​se han reunido en un lugar en combinación con un moderador de algún tipo que puede reducir la velocidad de los neutrones de manera adecuada, de modo que uno tiene una densidad crítica de material fisionable. Eso puede suceder naturalmente, por supuesto, pero es bastante raro, especialmente en la época actual de la historia de la Tierra. Cuando la Tierra era joven, habría sido más fácil, pero aún así, la liberación de energía es pequeña en comparación con la que proviene del Sol.

Estos elementos muy pesados ​​son mucho menos abundantes que los elementos ligeros, los más comunes son, con mucho, el hidrógeno y el helio.

Entonces, la fusión libera mucha más energía en el universo que la fisión.

En términos de la liberación de energía por reacción de fusión, lo mismo es cierto: se libera más energía por nucleón al pasar del hidrógeno al níquel-62, que la que se libera por nucleón al pasar del uranio 235 a los productos de fisión, que son un rango de los nucleidos alcanzaron su punto máximo cerca de la masa 90 y la masa 140.

Una sola reacción de fisión de uranio libera aproximadamente 210 MeV, es decir, aproximadamente 1 MeV por nucleón.

La fusión del hidrógeno hasta el níquel-62 libera alrededor de 8 MeV por nucleón fusionado.

La fisión funciona en la repulsión de Coulomb, que en parte es superada por la fuerte fuerza nuclear.

Fusion libera la energía de unión debido a la fuerte fuerza nuclear: la unión es generalmente mayor que la repulsión de los núcleos ligeros.

Puede ver todo esto observando de cerca la curva de energía de enlace. Su derivada es muy positiva para los núcleos ligeros, se curva cerca del grupo de elementos de hierro y luego se vuelve pequeña y negativa a medida que la masa atómica aumenta aún más.

Cuando fusionas hidrógeno ordinario en helio, el 0,7% de la masa se convierte en energía. Cuando el uranio sufre fisión, solo se convierte aproximadamente el 0.1% de la masa.

Entonces, en términos de conversión en masa, se podría decir que la fusión es aproximadamente siete veces mejor que la fisión.

La fisión solo crea energía de una manera que es más conveniente. La ecuación básica sigue siendo la misma E = MC²

Hablemos de bombas primero. Las bombas de fisión son relativamente simples. Y el hecho es que, con una buena mecánica y un taller de máquinas de calidad, puede construir uno usted mismo. Todo lo que necesitas es un poco de material fisionable y golpear dos piezas (más pequeñas que una masa crítica) juntas y hacer una pieza más grande que una masa crítica. Es grande, voluminoso y realmente ineficiente. Es por eso que nadie está construyendo bombas como esta. En general, construyen diseños mucho más sofisticados que comprimen un núcleo de manera uniforme con explosivos a su alrededor. Resulta que la fisión tiene un límite en la cantidad de energía que puede producir de una sola vez. Si juntas demasiado, forma una masa crítica y explota. Y hay un límite sobre la rapidez con que puede comprimirlo. Por lo tanto, solo puede poner tanto en proximidad y comprimir, antes de que se explote. En general, en una cabeza de guerra de 10 kg, solo un pequeño porcentaje del material se somete a fisión. La mayor parte se vuela lejos de la reacción antes de que pueda reaccionar.

Las bombas de fusión son más difíciles de poner en marcha. El hidrógeno es inflamable. Pero no se fusiona bajo condiciones normales de la tierra. Entonces puedes juntar mucho. Y su reacción tiende a generar más fusión (por una fracción de segundo más, también tiende a estallar). Pero si calienta y comprime hidrógeno lo suficiente, produce una reacción más impresionante y duradera (por nanosegundos). Una bomba de hidrógeno produce un gran auge, cientos de kilotones en lugar de decenas de kilotones. Curiosamente, para obtener el tipo de compresión que necesita para iniciar la fisión, necesita el tipo de calor y presión que se encuentra en una explosión atómica. Entonces, lo que hace una bomba de hidrógeno es usar una serie de bombas de fisión para comprimir el hidrógeno y un conjunto de fusión en el hidrógeno. Realmente deberían considerarse bombas conjuntas de fisión y fusión

Luego, algunos tipos brillantes descubrieron que podías construir cosas como jawbreakers (los llamaron tortas de capa) con una capa de fisión que comprime la capa de fusión que comprimiría otra capa de fisión y otra capa de fusión. Por cada doble capa que agregaste, podrías obtener un aumento significativo en el rendimiento. Los soviéticos incluso construyeron una bomba de 100 megatones (unos 700 Hiroshimas) llamada Zar Bomba, pero solo la probaron a la mitad de su potencia.

Ahora a los reactores. Los reactores de fisión son nuevamente más fáciles. Esto es por dos razones. En primer lugar, si juntan suficiente material fisible, simplemente comienzan a reaccionar. Y segundo, si coloca un material absorbente dentro y alrededor del material fisionable, recogerá las partículas en descomposición que el material fisible está arrojando y detendrá la reacción. Eso significa que podemos comenzar, detener y marcar y disminuir la reacción a nuestro antojo. Suponiendo que todo vaya bien, el diseño es sólido.

Fusion es difícil de poner en marcha, difícil de poner en marcha y difícil de controlar mientras está en marcha. El sol lo hace de forma natural. La gravedad mantiene todas las partículas en su lugar. Y la energía masiva empuja contra ella. La reacción produce demasiada energía, el sol se hincha y la reacción vacila. La reacción produce muy poco, el sol se derrumba. La reacción misma produce la presión y el calor para producir exactamente la presión y el calor que necesita la reacción.

En la Tierra, es más difícil lograr una reacción estable.

La fusión nuclear generalmente produce más energía por unidad de masa que la fisión nuclear, pero la energía producida depende de la reacción.

Las reacciones de fusión generalmente producen menos energía por unidad de masa a medida que avanza en la tabla de isótopos a elementos cada vez más pesados.

Entonces, si fusionas un átomo de deuterio y tritio, obtienes una gran cantidad de energía ~ 17.59 MeV que produce aproximadamente 347 millones de MJ / Kg. Pero a medida que fusiona isótopos más pesados, la producción de energía sigue disminuyendo hasta que se vuelve negativa.

Ejemplos:

La fusión de carbono 12 + helio 4 produce 7.162 MeV

Helium 4 + Helium 4 fusion absorbe 91.8 keV

La fisión de ciertos isótopos pesados ​​puede liberar más energía por reacción que la fusión, pero debido a que estos átomos son mucho más pesados, la producción de energía por unidad de masa es menor.

Ejemplo: la fisión Pu 239 puede producir 211.5 MeV, que es más que cualquiera de las reacciones anteriores, pero un átomo Pu 239 se acumula ~ 48 veces más que un combo Deuterio / Tritio, pero es mucho más productivo que una fusión He 4 + He 4.

Creo que la pregunta es sobre la fisión y la fusión como fuente de energía en la tierra, en este caso la energía producida por la fusión es más que la producida por la fisión, debido al hecho de que la unión de los núcleos ligeros es bastante alta en comparación con los pesados elementos donde tiene lugar la fisión. Además, como se sabe, la fusión es un proceso inverso a la fisión, en el elemento ligero de fusión, como el hidrógeno, el deutrón y el tritio, se fusionan bajo alta energía para superar la barrera del culombio. necesita un tipo especial de reactores, para soportar la temperatura muy alta, por lo que un confinamiento de campo magnético es la tecnología actual, pero aún así la energía de salida no es comparable con la entrada económicamente.

Depende de qué isótopos esté usando. Fusion produce energía para elementos que son más ligeros que el hierro, la fisión produce energía para elementos que son más pesados ​​que el hierro.

Una sola reacción de fisión térmica que usa uranio o plutonio produce aproximadamente diez veces más energía que una reacción de fusión única que usa deuterio.

La fisión es de aproximadamente 200 MeV por evento.

DT fusion es de aproximadamente 17.6 MeV por evento y es uno de los más grandes.

Probablemente haya una mejor métrica, MeV por dólar, tal vez. O, mejor aún, el costo nivelado en dólares por kWh de electricidad.

Los fanáticos de las fuentes de energía eligen una métrica que hace que su fuente se vea bien. El costo nivelado es bastante justo, pero aún tiene que hacer una red: haga un sistema de energía con una confiabilidad aceptable.

Como la fusión no puede convertirse en una planta de energía, ¡tiene la libertad de imaginar cualquier costo que desee!

Grandes respuestas a continuación … No puedo agregar nada de mérito, que limitarlas: la conservación de la energía siempre está presente, tanto en las reacciones de fisión como de fusión. Entonces, la energía neta (E = MC2) permanece igual en el sistema antes y después de que ocurra la reacción nuclear. Las reacciones de fisión en realidad producen más energía por reacción que la fusión. Pero las reacciones de fusión producen mucha más energía que la fisión para sus respectivas conversiones de masa a energía.

La fusión nuclear produce mucha más energía porque cuando un material fisible se descompone, libera una cantidad menor de energía para la misma masa de material fusionable.

Para obtener más información, consulte el siguiente enlace.

¿Por qué la fusión es más fuerte que la fisión?

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