¿Por qué la fusión nuclear da más energía que la fisión nuclear?

Answer 1

Empecemos por lo básico;

¡Qué es una fusión nuclear! Es el proceso en el que 2 o más núcleos más ligeros se fusionan para formar un núcleo de disipador y en el proceso debido a la energía del defecto de masa se libera. Por ejemplo, 4 núcleos de hidrógeno se fusionan para formar un núcleo de helio y se libera energía.

¿Qué es un núcleo de fisión? Es el proceso en el que un núcleo acumulador se divide en 2 o más núcleos más ligeros y, de nuevo, se libera energía de defecto de masa. Por ejemplo, Uranium235 cuando se bombardea con un neutrón se divide en Barium 141, Krypton 92, se liberan 3 neutrones libres y se libera energía.

¿Cuánta energía se libera en una reacción de fusión?

Masa de un núcleo de hidrógeno = 1.00728 amu

Masa de 4 hidrógeno = 4.02912 amu

Masa de un núcleo de helio = 4.002602 amu

Energía liberada en el proceso = 4.02912 -4.002602 = 0.026518 amu ~ 24701347.67 eV

¿Cuánta energía se libera en la reacción de fisión?

Masa de U236 = 236.045568 amu

Masa de Ba 141 = 113.95068 amu

Masa de Kr 92 = 91,926156 amu

Masa de 3 nutrones libres = 3 × 1.00866491588 = 3.02599474764 amu

Energía liberada en el proceso = 236.045568- (113.95068 + 91.926156 + 3.02599474764) = 27.1427372524 amu ~ 25283286439.85 eV

Del cálculo anterior, la energía liberada en la reacción de Fisión es mucho más alta que la reacción de Fusión.

Sin embargo, si comparamos la cantidad total de energía liberada cuando 1 Kg de Hidrógeno sufre Fusión con la cantidad total de energía liberada cuando 1 Kg de Uranio pasa por Fisión, la energía total de la reacción de fusión será mayor en número de Núcleo de Hidrógeno por 1 Kg. El hidrógeno es muy alto en comparación con el número de núcleo de uranio por 1 kg de uranio.

Debido a la diferencia en el número de reacciones por 1 kg de combustible, la energía total liberada cuando 1 kg de hidrógeno sufre fusión (6.45 x 10 ^ 14 julios) es mayor que la energía liberada cuando 1 kg de uranio sufre fisión (4.9 × 10 ^ 13 julios) .

Imagen cortesía de Google.

Answer 2

En una reacción de fusión, dos núcleos más ligeros se combinan para formar núcleos más pesados ​​como:
(2) Deuterio + (3) Tritio = (4) Helio + (1) neutrón + 17.6 MeV
(Deuterio y tritio son isótopos de hidrógeno)
En el proceso, liberan 17.6Mev de energía por reacción.

En una reacción de fisión, un núcleo más pesado como el uranio (235) se rompe en núcleos más ligeros si se bombardea con un neutrón energético:

(235) Uranio + (1) neutrón = (144) Bario + (89) Criptón + (3 ) n eutrones + 177 MeV
Entonces, aquí se liberan casi 177 Mev de energía por reacción.

parece que una reacción de fisión está liberando más energía que una reacción de fusión (obviamente 177> 17.6) ¿verdad?

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He oído que la fusión da más energía que la fisión. Así que me gustaría pensarlo de esta manera:

236 gramos de uranio dan 177 unidades de energía por reacción de fisión.
5 gramos de hidrógeno (2 grm de deuterio + 3 grm de Tritium) liberan 17.6 unidades de energía por una reacción de fusión.

Ahora piense cuánta energía pueden dar 236 gramos de hidrógeno:
(17.6 / 5) * (236) = 830.72 unidades .. eso es casi 4.6 veces más alto que la energía liberada por una reacción de fisión de la misma masa ..

Answer 3

• La fusión nuclear y la fisión nuclear son diferentes tipos de reacciones que liberan energía debido a la presencia de un enlace atómico de alta potencia entre las partículas que se encuentran dentro de un núcleo.
• En la fisión, un átomo se divide en dos o más átomos más pequeños y ligeros.
• La fusión, por el contrario, ocurre cuando dos o más átomos más pequeños se fusionan, creando un átomo más grande y más pesado.
• La energía liberada por la fusión es tres o cuatro veces mayor que la energía liberada por la fisión.

Veamos un par de reacciones nucleares: la fisión de U235 [como se hace en los reactores nucleares] y la fusión DT [que es en lo que se está trabajando para producir energía] .

1. Primero, cada reacción de fisión nos da aproximadamente 200 MeV de energía. [De eso, unos 10 MeV se convierten en neutrinos que no podemos capturar, pero usemos 200 MeV para números redondos
2. El núcleo que estamos fisionando – U235 tiene una masa de 235 unidades de masa atómica [236 si contamos el neutrón incidente]
3. Así que la fisión nos da aproximadamente 1 MeV / unidad de masa atómica de combustible .
4. Hagamos lo mismo con la fusión de DT. [Deuterio – Tritium] La fusión DT le da 17.6 MeV de energía [menos que una reacción de fisión]
5. Sin embargo, el combustible tiene una masa de 5 [2 para la D y 3 para la T] Por lo tanto, la energía por unidad de masa atómica de combustible es 17.6 MeV / 5 amu = 3.52 MeV / amu. Así que la fisión nos da más energía por reacción, pero la fusión nos da más energía por unidad de masa para estas reacciones.
6. Por qué las energías [200 MeV para la fisión y 17.6 MeV para la fusión] son ​​lo que son porque son la diferencia en las masas entre los reactivos y los productos. Si tomamos la masa de D, sumamos la masa de T, restamos la masa de He4 y restamos la masa de un neutrón, luego multiplicamos por el cuadrado de la velocidad de la luz [E = mc ^ 2] obtendremos 17.6 MeV.
   Por qué las masas son lo que son, eso se complica.

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

Answer 4

Como otro señaló, la fisión puede liberar más energía “por reacción” que la fusión.

Sin embargo, la fusión puede liberar más energía por nucleón, lo que equivale a más energía por unidad de peso. Si fusionamos dos deuterones, de alguna manera, para hacer un átomo de helio, y si el helio no se rompe (lo que es raro en la fusión en caliente normal, la producción de helio es una rama rara, pero simplifica nuestro examen aquí), la energía el lanzamiento es de 23.8 MeV / 4 nucleones, o aproximadamente 6 MeV por unidad de masa atómica.

(¿Es esta la reacción de fusión más energética por nucleón?)

Según la fisión nuclear, la energía para el nucleón para las reacciones de fisión es de aproximadamente 0.9 MeV por AMU.

Entonces, por gramo de combustible, el material fusible o fisionable, la fusión libera más energía.

Esto se debe a la forma en que opera la energía de enlace a medida que aumenta la cantidad de nucleones. Tanto la fisión como la energía de fusión provienen de la energía de enlace liberada.

La respuesta de Mark Laris a ¿Por qué la fusión nuclear da más energía que la fisión nuclear?

Tiene este gráfico de energía de enlace por número atómico:

Como puede ver, la pendiente es muy pronunciada en el extremo inferior.

Así es como entiendo esto. Tenga en cuenta que mi estudio de física nuclear comenzó cuando tenía unos doce años, en 1956. Aprendí modelos clásicos. Mucho ha cambiado, por lo que estas son solo mis ideas, veremos cómo responden los actuales.

La fuerza que mantiene unido al núcleo atómico es causada por la interacción fuerte.

Esta fuerza es extremadamente fuerte. Sin embargo, funciona en un rango corto. En el lado de fusión de la curva de energía de unión, imagine que dos núcleos de deuterio, que son cada uno un protón y un neutrón, se acercan lo suficiente como para que la fuerza fuerte tome el control, superando fácilmente la repulsión normal de las cargas eléctricas de protones. Los cuatro núcleos colapsan, y se colapsarán, asumo, en el empaque más eficiente posible para lo que son. El colapso es una fuerza muy fuerte que actúa sobre una distancia. Entonces, cuando lleguen al fondo, por así decirlo, estarán emocionados, calientes. (¡Imagina un meteoro cayendo a la tierra!) Si el núcleo no se rompe (lo que puede y, de hecho, con la fusión de deuterio, generalmente se rompe en dos productos diferentes que aún tienen más energía de enlace que el deuterio), eso la energía debe ser liberada, y es, hay un fotón emitido que lleva la energía fuera.

La mayor ganancia en eficiencia de empaque está en el extremo inferior. La eficiencia alcanza un máximo en el centro de la tabla. Eso es sobre el hierro. A medida que los núcleos se hacen más grandes, el núcleo comienza a mostrar una reducción en la energía debido a la disminución de la fuerza debido al muy corto rango de la fuerza fuerte, que ya no “llega” a todo el núcleo con tanta fuerza.

Sobre un número atómico de aproximadamente 20, (20 protones), se necesitan más neutrones para estabilizar el núcleo. Agregar neutrones agrega solo efectos de fuerza fuerte, mientras que los protones agregan fuerza fuerte pero también repulsión de la carga. (Antes de 20, los núcleos son más estables con un número igual de protones y neutrones).

Answer 5

En ambos, la energía se produce al convertir la masa directamente en energía, a través de:

Energía = Masa * Velocidad de la Luz ^ 2

La famosa ecuación de Albert Einsteins.

Estamos convirtiendo la “Energía de unión”, básicamente la masa que une el centro del átomo.

Puedes obtener más energía de enlace, por parte atómica, de átomos más pequeños.

Answer 6

este gráfico podría ilustrar que la fusión produce mucha energía que la fisión. simplemente, si se observa en U235 en la fisión nuclear, produce otro átomo que se ubica después del hierro en este gráfico, lo que significa una ligera diferencia en la energía liberada debido a la ruptura de los enlaces en el uranio para producir el otro elemento de torio, por ejemplo. pero si observa el hidrógeno pesado y el helio, notará una gran diferencia en su energía de enlace, lo que significa que el helio del hidrógeno libera una gran cantidad de energía, en realidad significa que también se necesita mucha energía para producir y eso es lo que todavía En progreso en la investigación de la energía de fusión, la primera energía de fusión nuclear que produce mucha energía de la que consume se planea abrir en Francia 2019, se planea producir 10 veces más energía de la que consume 50 Mw produce 500 Mw

Answer 7

Una hermosa pregunta por cierto y bueno, la respuesta es RELATIVA.

En realidad, la pregunta no es precisa.

Primero, entendamos cuál es el principio básico detrás de las reacciones de fisión nuclear y fusión. En la reacción de fisión nuclear, un átomo pesado inestable se divide en un átomo (s) más ligero y más estable, mientras que en la reacción de fusión nuclear, los átomos inestables más pequeños se fusionan y crean elementos más estables y más pesados.

Ahora, la pregunta es cómo estas reacciones generan energía, de hecho una gran cantidad de energía y la respuesta está muy bien dada por la fórmula de Equivalencia de Masa de Energía de Einstein, es decir, E = mc ^ 2. En estas reacciones, las masas en reposo de los reactivos y productos no son lo mismo. Se puede observar que siempre hay alguna diferencia en las masas de los reactivos y en los núcleos de los productos y este cambio en la masa es compensado por la energía generada.

Para una explicación más detallada, consideremos algunos ejemplos básicos:

Reacción de fusión nuclear

Tomemos la reacción DT, que se muestra en la imagen de abajo.

Aquí, un átomo de Deuterio (2.01410178 amu) y un átomo de Tritium (3.01604927 amu) se fusionan para formar un átomo de Helio estable (4.00260325 amu) y liberan un neutrón (1.00866492) en el proceso junto con una energía de xxxx.xxxx MeV (lo haremos calcúlelo en los siguientes pasos).

Ahora, el resto de masa de los reactivos = Mr.

= masa (Deuterio) + masa (Tritium)

= 2.01410178 + 3.01604927 amu = 5.03015105 amu

Y similarmente, el resto de la masa de los productos = Mp.

= masa (Helio) + masa (neutrón)

= 4.00260325 + 1.00866492 amu = 5.01126817 amu

Diferencia en la masa observada = Mr – Mp = 0.01888288 amu

Energía equivalente a 1 amu = 931.4812 MeV (de E = mc ^ 2)

Entonces, la cantidad de energía liberada en esta reacción de fusión = 17.58904772 MeV

Reacción de fisión nuclear

Tomemos el ejemplo del U-235, que se muestra en la imagen de abajo.

Aquí, un isótopo Uranio-235 (235.04392990 amu) se bombardea con un neutrón para hacer que sea inestable el átomo U-236 y finalmente se rompe en dos átomos más pequeños y estables, Krypton-92 (91.900 amu) y Barium-141 (140.910 amu). con 3 neutrones (1.00866492) y en el proceso se libera una energía de xxxx.xxxx MeV (lo calcularemos en los siguientes pasos).

Ahora, el resto de masa de los reactivos = Mr.

= masa (U-235) + masa (neutrón)

= 235.04392990 + 1.00866492 amu = 236.05259482 amu

Y similarmente, el resto de la masa de los productos = Mp.

= masa (Kr-92) + masa (Ba-141) + masa (neutrón) x3

= 91.900 + 140.910 + 1.00866492 x 3 amu = 235.83599476 amu

Diferencia en la masa observada = Mr – Mp = 0.21660006 amu

Energía equivalente a 1 amu = 931.4812 MeV (de E = mc ^ 2)

Entonces, la cantidad de energía liberada en esta reacción de fusión = 201.758883 MeV

Por lo tanto, se puede concluir fácilmente que, la energía liberada en caso de una reacción de fisión fue mayor que la de la reacción de fusión.

PERO

La masa de los reactivos en el caso de una reacción de fusión fue mucho menor que la utilizada en la reacción de fisión y la energía liberada fue casi 1/10 de la de la fisión. Entonces, si calculamos con respecto a 1 amu de reactivos involucrados obtenemos 17.859 MeV por 5.03 amu de masa de reactivo, es decir, 3.55 MeV por amu en caso de una reacción de fusión y 201.759 MeV por 236.0526 amu de masa de reactivo, es decir, 0.8547 MeV por amu en fisión reacción.

Entonces, si consideramos una reacción, la energía liberada en la fisión es mayor en comparación con la reacción de fusión, ya que la diferencia de masa de los productos y los reactivos es más en la fisión.

Pero si consideramos la masa de los reactivos utilizados, una cantidad equivalente de reactivos generará una mayor cantidad de energía en la fusión en comparación con la de la fisión porque los reactivos involucrados en la reacción de fusión son más pequeños y más ligeros en masa que los reactivos usados ​​en la fisión. reacción.

Fuente de la imagen: Google

amu – unidad de masa atómica

Answer 8

No lo hace, no átomo por átomo. Como señalan otras respuestas a esta pregunta, una reacción de fisión típica libera aproximadamente 200 MeV de energía. (Si no sabes lo que significa MeV, no te preocupes por eso por ahora).

Una reacción de fusión típica libera alrededor de 18 MeV. ¡Eso es menos del 10% de la energía liberada por la fisión!

Sin embargo, si tiene el mismo peso de combustible, entonces la energía liberada por la fusión es mayor. Esto se debe a que un átomo de U-235 tiene una masa de 235 núcleos, mientras que la masa de D + T tiene la masa de 5 núcleos. Eso es un factor de 47 menos peso. Así que para pesos iguales de combustible, la fusión libera más energía.

Aquí hay un hecho curioso: en la mayoría de las armas termonucleares de los Estados Unidos, ¡aproximadamente la mitad de la energía proviene de la fisión! El núcleo de fusión emite una gran cantidad de neutrones rápidos, y estos neutrones son capaces de causar fisión en el U-238 ordinario. Así que el núcleo de fusión en una bomba de este tipo está rodeado por U-238, y la fisión inducida da aproximadamente la mitad de la energía. También da casi todas las consecuencias. Así que en la bomba de neutrones, esta capa se omite, lo que da como resultado muchas menos consecuencias. Los neutrones emitidos, que pueden matar a cualquiera que esté cerca, le dan a la bomba de neutrones su nombre.

Si aún estás preocupado por lo que significa MeV, es una unidad de energía que es muy útil para las reacciones nucleares. Significa “un millón de eV” donde eV (o “voltio de electrones”) es una unidad de energía igual a 1.6 x10 ^ -19 julios.

Answer 9

Ambos procesos operan en E = mc ^ 2, por lo que ambos liberan la misma cantidad por unidad de masa. Hay diferentes reacciones de fusión y fisión, por lo que es difícil compararlas una a una. Dado que la fisión típicamente involucra átomos mucho más pesados, tiene inherentemente más potencial energético.

Si piensa en términos de bombas, las llamadas bombas de hidrógeno que emplean la fusión son mucho más poderosas que las bombas de fusión más simples, pero la diferencia es realmente un problema de ingeniería. En una bomba de fisión ordinaria, el problema es generar suficientes neutrones para que los átomos pesados ​​se dividan. El núcleo de las bombas H más grandes está rodeado por una capa de uranio empobrecido, y los neutrones generados por la reacción de fusión hacen que la capa sufra una fisión, lo que aumenta considerablemente el rendimiento.

Answer 10

Los Nucleons son atraídos a cada uno por la Fuerza Fuerte, que supera a la Fuerza Electromagnética en rangos muy cortos.

En la fusión, inicialmente tienes partículas libres que “caen hasta el fondo del pozo Potencial Fuerte”, vagamente como una unión de electrones libres a un protón.

En la fisión, ya tiene partículas unidas que están en estados ligeramente excitados, vagamente como electrones ligados pero excitados en un átomo de hidrógeno neutro.

Así que la fusión (de H) libera más energía por nucleón, por partícula, porque es una transición de estado libre a tierra, en lugar de estado excitado a tierra.

Como muestran los numerosos gráficos, en algún lugar alrededor del silicio, la energía de fusión por nucleón no sería mayor que en la fisión. Las grandes ganancias son solo para núcleos muy ligeros, que son similares a partículas libres que pueden caer hasta el potencial de interacción bien … mientras que todo lo demás está solo “ligeramente excitado” en comparación con el estado ideal de los Elementos del Pico de Hierro, y no lo hace Tiene tanta energía para emitir cuando se “desexcita” hacia ese estado de “ideal de hierro”.

Answer 11

Respuesta corta: la fusión no libera más energía por reacción que las reacciones de fisión.

Para obtener más información, consulte http: //hyperphysics.phy-astr.gsu …

Las reacciones de fusión de los isótopos de Hidrógeno y Helio se liberan entre 3.27 y 18.3 MeV, mientras que la fisión de los metales pesados ​​libera aproximadamente 180 MeV inmediatamente más otros 20 MeV a medida que los productos de fisión se desintegran.

Sin embargo, la fisión ocurre en reactores nucleares hechos por el hombre que son mucho más pequeños que las estrellas. La diferencia es el tamaño del reactor y la cantidad de combustible procesado por unidad de tiempo.

Answer 12

La fisión solo produce más energía de la que consume en núcleos grandes (los ejemplos comunes son uranio y plutonio, que tienen alrededor de 240 nucleones (nucleón = protón o neutrón)). La fusión solo produce más energía de la que consume en núcleos pequeños (en las estrellas, el hidrógeno y sus isótopos se fusionan con el helio). La energía liberada cuando 4 núcleos de Hidrógeno (= protones) se fusionan (también están implicados algunos decaimientos) en un núcleo de Helio es de alrededor de 27 millones de voltios de electrones (MeV), o aproximadamente 7 MeV por nucleón.

Para la fisión de U o P, las energías liberadas son alrededor de 200 MeV o menos. La energía por evento es mayor (en estos ejemplos) en la fisión, pero la energía por nucleón (fusión = aproximadamente 7 MeV / nucleón, fisión = aproximadamente 1 Mev / nucleón) es mucho mayor en la fusión.

La fisión libera la energía de la fuerza electromagnética cuando las partes cargadas positivamente del núcleo se alejan unas de otras. La fusión libera la energía de la fuerza fuerte (mucho más fuerte a corta distancia 7 hs que la fuerza EM) cuando las pequeñas piezas se capturan y se mantienen en un solo núcleo.

Answer 13

No da más energía. Da la misma cantidad exacta de energía por unidad de masa que se convierte. Si consideramos que la fisión es la ruptura de grandes partículas pesadas y torpes, y la fusión es la combinación de pequeñas partículas, la respuesta corta es que esas partículas gigantes en la reacción de fisión en realidad bloquean un porcentaje muy alto de las posibilidades fisionables allí al disminuir la velocidad. por la reacción en cadena. Las diminutas partículas en el proceso de fusión no se interponen entre sí tanto. Por lo tanto, un mayor porcentaje de la masa involucrada en este desastre caliente se convierte en energía. La misma cantidad exacta de energía por unidad de masa se crea en ambos, pero se convierte más masa en la reacción de fusión.

Answer 14

La fisión solo produce más energía de la que consume en núcleos grandes (los ejemplos comunes son uranio y plutonio, que tienen alrededor de 240 nucleones (nucleón = protón o neutrón)). La fusión solo produce más energía de la que consume en núcleos pequeños (en las estrellas, el hidrógeno y sus isótopos se fusionan con el helio). La energía liberada cuando 4 núcleos de Hidrógeno (= protones) se fusionan (también están implicados algunos decaimientos) en un núcleo de Helio es de alrededor de 27 millones de voltios de electrones (MeV), o aproximadamente 7 MeV por nucleón.

Para la fisión de U o P, las energías liberadas son alrededor de 200 MeV o menos. La energía por evento es mayor (en estos ejemplos) en la fisión, pero la energía por nucleón (fusión = aproximadamente 7 MeV / nucleón, fisión = aproximadamente 1 Mev / nucleón) es mucho mayor en la fusión.

La fisión libera la energía de la fuerza electromagnética cuando las partes cargadas positivamente del núcleo se alejan unas de otras. La fusión libera la energía de la fuerza fuerte (mucho más fuerte a distancias cortas que la fuerza EM) cuando las pequeñas piezas se capturan y se mantienen en un solo núcleo.

Answer 15

Parece que se trata de dinero, geometría y reutilización. Diseño de armas nucleares

El plutonio experimenta una fisión espontánea, por lo que siempre hay unos pocos neutrones alrededor de la muerte para iniciar una reacción en cadena antes de que desees, lo que causa un fizzle.

Así que quiero mantener mi plutonio en una asamblea bastante alejada de la crítica y luego de repente convertirla en supercrítica. Podrías hacer una esfera hueca de explosivos dentro de la cual hay una esfera hueca de uranio natural dentro de la cual es una esfera hueca de plutonio. Cuando explotamos la bomba, el uranio se comprime, comprime el plutonio, el plutonio se vuelve supercrítico y explota.

Si llenamos el hueco dentro de la esfera de plutonio con litio 6-deuterido. El litio 6 cambia a tritio, el tritio se fusiona con el deuterio emitiendo 17.6 Mev, incluyendo un neutrón de 14.1 MeV. El neutrón fisiona un núcleo de uranio y emite otros 200 MeV (más más neutrones).

El uranio natural es barato y esto hace un uso eficiente del neutrón de fusión.

Los neutrones de fisión en contraste se crean con una energía promedio del orden de un MeV y son mucho menos efectivos en la fisión rápida de uranio y particularmente en U238 (que es 99 +% de uranio natural).

El litio y el hidrógeno son elementos ligeros, por lo que es relativamente barato separar el deuterio y el litio seis. Así que hemos obtenido un montón de energía extra al llenar el vacío en el centro de la bomba con litio-deuterido relativamente barato.

Answer 16

Como dijo Prakash Mudholkar, todo se reduce a la energía de enlace. Al hacer el rallador de Energía / nucleón de unión, el nuclear es “más estable” y esto libera energía que puede ser utilizada con fines pacíficos o destructivos.

Answer 17

Como acción individual, una fisión produce más energía que una fusión. Normalmente 8 veces más.

Como masa, un kg de uranio produciría aproximadamente 4 veces menos energía que un kg de helio.

1 kg de uranio puede producir teóricamente 24,000,000 unidades (KW horas).

Answer 18

La energía liberada por la fusión es tres o cuatro veces mayor que la energía liberada por la fisión. Esto se debe a que la cantidad de masa transformada en energía es mucho mayor en una reacción de fusión que en una reacción de fisión.

Answer 19

La fusión nuclear produce mucha más energía que la fisión nuclear. La masa perdida durante la fusión es más en comparación con la fisión. Esta masa perdida se convierte en energía.

E = mc ^ 2

Answer 20

Si lo hace No recuerdo el número exacto, pero recién salido de mi cabeza, libera aproximadamente 4X por gramo.