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Energía de enlace
Teoría
2021 · Ordinaria · Titular
D1-a
Examen
a) Represente gráficamente la energía de enlace por nucleón frente al número másico y justifique, a partir de la gráfica, los procesos de fusión y fisión nuclear.
Energía de enlace por nucleónFisión nuclearFusión nuclear
Energía de enlace por nucleón y reacciones nucleares
a) La energía de enlace por nucleón (Eb/AE_b/A) frente al número másico (AA) se representa mediante una curva característica. En el eje horizontal se sitúa el número másico (AA) y en el eje vertical la energía de enlace por nucleón. La curva comienza con valores bajos para núcleos ligeros, aumenta rápidamente, alcanza un máximo para núcleos de número másico intermedio (alrededor de A5060A \approx 50-60, como el hierro-56, 56Fe^{56}\text{Fe}), y luego disminuye gradualmente para núcleos muy pesados.

El valor de la energía de enlace por nucleón es una medida de la estabilidad de un núcleo. Cuanto mayor sea este valor, más estable es el núcleo. El máximo de la curva indica que los núcleos con número másico alrededor de 56 son los más estables en la naturaleza.A partir de esta gráfica, se pueden justificar los procesos de fusión y fisión nuclear:Fusión nuclear: Este proceso ocurre cuando dos núcleos ligeros se combinan para formar un núcleo más pesado. Los núcleos ligeros (bajos valores de AA) tienen una energía de enlace por nucleón relativamente baja. Al fusionarse, forman un núcleo con un número másico intermedio, que se encuentra más cerca o en la región del máximo de la curva de energía de enlace por nucleón. Esto significa que el nuevo núcleo formado tiene una energía de enlace por nucleón mayor que la de los núcleos iniciales. La diferencia en la energía de enlace se libera en forma de energía, ya que el sistema resultante es más estable.

Eliberada=Eb(nuˊcleo_final)Eb(nuˊcleo_inicial1)Eb(nuˊcleo_inicial2)E_{liberada} = E_b(núcleo\_final) - E_b(núcleo\_inicial1) - E_b(núcleo\_inicial2)

Fisión nuclear: Este proceso implica la división de un núcleo pesado en dos o más núcleos de número másico intermedio. Los núcleos muy pesados (altos valores de AA, por encima de A200A \approx 200, como el uranio-235, 235U^{235}\text{U}) tienen una energía de enlace por nucleón menor que los núcleos de número másico intermedio. Cuando un núcleo pesado se fisiona, los fragmentos resultantes tienen un número másico que los sitúa en la parte de la curva donde la energía de enlace por nucleón es mayor. Esta diferencia en la energía de enlace por nucleón se traduce en una liberación de una gran cantidad de energía, ya que los núcleos resultantes son más estables que el núcleo original.

Eliberada=Eb(fragmento1)+Eb(fragmento2)Eb(nuˊcleo_original)E_{liberada} = E_b(fragmento1) + E_b(fragmento2) - E_b(núcleo\_original)