El descubridor del isotopo 235 del uranio, el único isótopo fisible que se encuentra en la naturaleza; Dempster.

El 14 de agosto de 1886, nacía e el físico estadounidense Arthur Jeffrey Dempster (Toronto,  14 de agosto 1886- Stuart, 11 de marzo de1950).

dempster

Dempster se formó en la Universidad de Toronto. En 1914 emigró a los Estados Unidos donde se doctoró por la Universidad de Chicago y finalmente adquiirió la ciudadanía norteamericana. Su actividad investigadora, llevada a cabo siendo profesor de la Universidad de Chicago, se centró en el desarrollo de la llamada espectrografía de masas, campo en el que lograría, entre otros, descubrir la existencia del isotopo 235 del uranio que tendría un papel de gran importancia en el desarrollo de las investigaciones relacionadas con la fisión nuclear, tanto para aplicaciones pacíficas como militares (bomba atómica).
La espectrometría de masas (ES) es una técnica de análisis que permite la medición de moléculas. El espectrómetro de masas es un artefacto que permite analizar con gran precisión la composición de diferentes elementos químicos e isótopos atómicos, separando los núcleos atómicos en función de su relación carga-masa (z/m). Puede utilizarse para identificar los diferentes elementos químicos que forman un compuesto, o para determinar el contenido isotópico de diferentes elementos en un mismo compuesto. Con frecuencia se encuentra como detector de un cromatógrafo de gases, en una técnica híbrida conocida por sus iniciales en inglés, GC-MS.

En 1934 Josef Mattauch y Richard Herzog desarrollan un espectrómetro de masa de doble enfoque y Arthur Jeffrey Dempster en 1936 la fuente de ionización por chispa.

Murió el 11 de marzo de 1950 en Stuart (Florida).

dempster2El uranio natural se compone de tres isótopos: 234U (0,006%), 235U (0,7%), y 238U (99,3%). La velocidad requerida para que se produzca un acontecimiento de fisión y no un acontecimiento de captura es diferente para cada isótopo.

El uranio-235 (235U) es un isótopo del uranio que se diferencia del uranio-238, el isótopo más común del elemento, en su capacidad para provocar una reacción en cadena de fisión que se expande rápidamente, es decir, que es un isótopo fisible. De hecho, el uranio-235 es el único isótopo fisible que se encuentra en la naturaleza. Fue descubierto en 1935 por Arthur Jeffrey Dempster. El uranio-235 tiene un periodo de semidesintegración de 700 millones de años.

Un núcleo de uranio que absorba un neutrón libre se dividirá en dos núcleos más ligeros; a esto se le llama fisión nuclear. En el proceso se liberan dos o tres neutrones que prosiguen la reacción. En los reactores nucleares, la reacción es ralentizada por la adición de barras de control, que están fabricadas con elementos químicos tales como el boro, el cadmio y el hafnio los cuales pueden absorber un gran número de neutrones. En las bombas nucleares, la reacción no se controla y la gran cantidad de energía que se libera crea una explosión nuclear.

La fisión de un átomo de 235U genera 200 MeV = 3,2·10-11 J, es decir, 18 TJ/mol = 77 TJ/kg.

Sólo alrededor del 0,72 % de todo el uranio natural es uranio-235, el resto es básicamente uranio-238. Esta concentración es insuficiente para mantener por sí misma una reacción nuclear en una masa de uranio puro o de un reactor de agua ligera. El enriquecimiento de uranio, que significa precisamente la separación del uranio-238, debe realizarse para conseguir concentraciones de uranio-235 utilizables en los reactores del tipo CANDU, en otros reactores de agua pesada, y algunos reactores regulados por grafito. Para una explosión se requiere una pureza de aproximadamente el 90 %.

El uranio-238 tiende a capturar neutrones de velocidad intermedia, creando 239U, que decae sin fisión a plutonio-239, que sí es fisible. Debido a su capacidad de producir material fisible, a este tipo de materiales se les suele llamar fértiles.

Los neutrones de alta velocidad (52.000 km/s), como los producidos en una reacción de fusión tritio-deuterio, pueden fisionar el uranio-238. Sin embargo los producidos por la fisión del uranio-235, de hasta 28.000 km/s, tienden a rebotar inelásticamente con él, lo cual los desacelera. En un reactor nuclear, el 238U tiende, pues, tanto a desacelerar los neutrones de alta velocidad provenientes de la fisión del uranio-235 como a capturarlos (con la consiguiente transmutación a plutonio-239) cuando su velocidad se modera.

demspter3El uranio-235 fisiona con una gama mucho más amplia de velocidades de neutrones que el 238U. Puesto que el uranio-238 afecta a muchos neutrones sin inducir la fisión, tenerlo en la mezcla es contraproducente para promover la fisión. De hecho, la probabilidad de la fisión del 235U con neutrones de velocidad alta puede ser lo suficientemente elevada como para hacer que el uso de un moderador sea innecesario una vez que se haya suprimido el 238U.

Sin embargo, el 235U está presente en el uranio natural en cantidades muy reducidas (una parte por cada 140). La diferencia relativamente pequeña en masa entre los dos isótopos hace, además, que su separación sea difícil.

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Publicado el 14 agosto, 2015 en Física. Añade a favoritos el enlace permanente. Deja un comentario.

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