Energía nuclear: ¿Ha intentado algún experimento iniciar la fisión en elementos más ligeros que el hierro o la fusión en elementos mayores que el hierro?

Reacciones de fisión de elementos ligeros:

Li-6 absorbe un neutrón para emitir H-3 y He-4 (no He-3). De lo contrario, habría perdido un neutrón. Esta reacción se escribe como Li6 (n, alfa) H-3. Tenga en cuenta que el neutrón entrante puede estar en el rango bajo de MeV a térmico (<< 1 eV). Esta reacción tiene una sección transversal enorme: la trayectoria libre media de un neutrón de 1 eV en Li-6 es de 1,5 mm.

Debido a esta enorme sección transversal, Li-6 se utiliza para proteger las armas nucleares de los neutrones entrantes de las detonaciones nucleares externas. Esta es una contramedida a una defensa contra ICBM (Nike Sprint) que detona bombas de neutrones en la atmósfera superior en el camino de la ojiva entrante, lo que causaría que una ojiva sin blindaje tenga una explosión de muy bajo rendimiento sin valor militar.

Estoy bastante seguro de que el deuteruro de litio en la segunda etapa de las armas termonucleares es Li-6 porque esto ayuda a proteger la bujía de fisión de la segunda etapa del exceso de neutrones de la primera etapa y, por lo tanto, evita la predetonación. También convierte más neutrones en tritio que la reacción de Li-7 a continuación. Ver Introducción a la física y el diseño de armas nucleares.

Li-7 absorbe un neutrón rápido para emitir H-3, He-4 y otro neutrón mucho más lento. El neutrón entrante debe ser de al menos 4 MeV. Debido a que el Li-7 tiene una sección transversal de absorción muy baja a los neutrones, el fluoruro de litio utilizado en los reactores de sales fundidas tiene casi todo el Li-6 eliminado, y es al menos 99.9% de Li-7 puro. Tenga en cuenta que esto significa que el litio para las reacciones de sales fundidas se enriquece exactamente de la manera opuesta al litio en las bombas. La tecnología de enriquecimiento todavía pone a las personas nerviosas por la proliferación, pero el producto final (Li-7 puro) es seguro.

Be-9 puede dispersar elásticamente un neutrón rápido y volverse inestable, y luego producir fisión produciendo dos He-4 y otro neutrón más lento. El neutrón entrante debe ser de al menos 2.7 MeV. Esta multiplicación de neutrones mejora ligeramente la eficiencia de neutrones de los reactores de sales fundidas que usan sal de fluoruro de berilio. Debido a que los neutrones de salida son más lentos que los neutrones de entrada, el berilio no tiene masa crítica.

Aquí está la distribución de la energía de neutrones de los neutrones emitidos por las fisiones U-235 y Pu-239. No pude encontrar un gráfico de la distribución U-233, pero la energía promedio de esos neutrones es 1.87 MeV, por lo que la curva se verá similar a estos.

(Tomado de KTH Reactor Physics, Reaktorfysik, Kungl Tekniska högskolan)

Puede ver que es solo una fracción de los neutrones (aquellos de más de 2.7 MeV) que tienen suficiente energía para multiplicarse a través de la fisión de berilio. Además, en un reactor de sal fundida, la mayoría de estos neutrones se dispersarán algunos otros átomos varias veces antes de golpear un berilio, por lo que la fracción que realmente se multiplica es bastante menor de lo que sugiere este gráfico.

Los aceleradores de partículas y los reactores de investigación lo hacen. Es la única forma de hacer elementos exóticos e isótopos de corta duración.

Además de los casos de absorción de neutrones y fisión de litio, que son reacciones exotérmicas que se pueden realizar incluso con neutrones arbitrariamente de baja energía, puede romper piezas mediante bombardeo con partículas de alta energía, lo que se denomina espalación. El llamado diseño del reactor amplificador de energía usaría un acelerador de partículas para esto, pero en general estas reacciones endotérmicas no han tenido ningún uso.

Esto sería contraproducente, excepto por algún propósito experimental.

Los elementos de fisión más livianos que el hierro, o elementos de fusión más pesados ​​que el hierro, consumirían energía. Por eso, en nuestras armas y plantas de energía, es al revés.