Espalación

La espalación es un proceso en el que fragmentos de material ( esquirlas ) son expulsados ​​de un cuerpo debido a un impacto o tensión. En el contexto de la mecánica de impacto, describe la expulsión de material de un objetivo durante el impacto de un proyectil . En física planetaria , la espalación describe los impactos de meteoritos en una superficie planetaria y los efectos de los vientos estelares y los rayos cósmicos en las atmósferas y superficies planetarias . En el contexto de la minería o la geología , la espalación puede referirse a trozos de roca que se desprenden de una pared rocosa debido a las tensiones internas en la roca; ocurre comúnmente en las paredes de los pozos mineros . En el contexto de la oxidación de metales, la espalación se refiere al desprendimiento de la capa de óxido de un metal. Por ejemplo, el desprendimiento de óxido del hierro. En el contexto de la antropología , la espalación es un proceso utilizado para hacer herramientas de piedra como puntas de flecha mediante la talla . En física nuclear , la espalación es el proceso por el cual un núcleo pesado emite numerosos nucleones al ser impactado por una partícula de alta energía , reduciendo así considerablemente su peso atómico . En procesos industriales y bioprocesamiento, la pérdida de material de los tubos debido a la flexión repetida de estos dentro de una bomba peristáltica se denomina espalación.

La fragmentación se produce cuando una onda de tensión se propaga a través de un material y puede observarse en ensayos de impacto de placas planas. Se debe a una cavitación interna causada por tensiones generadas por la interacción de ondas de tensión que superan la resistencia a la tracción local del material. En el extremo libre de la placa se crea uno o varios fragmentos. Este fragmento, conocido como "fragmento de fractura ", actúa como un proyectil secundario con velocidades que pueden alcanzar hasta un tercio de la velocidad de la onda de tensión en el material. Este tipo de fallo suele ser consecuencia de cargas de alto explosivo de cabeza deformable ( HESH ).

La espalación inducida por láser es una técnica experimental reciente desarrollada para comprender la adhesión de películas delgadas a sustratos . Se utiliza un láser pulsado de alta energía (típicamente Nd:YAG ) para crear un pulso de tensión compresiva en el sustrato , que se propaga y se refleja como una onda de tracción en el límite libre. Este pulso de tracción desprende la película delgada a medida que se propaga hacia el sustrato. Mediante la teoría de la propagación de ondas en sólidos, es posible determinar la resistencia de la interfaz. El pulso de tensión creado en este ejemplo suele tener una duración de entre 3 y 8 nanosegundos , mientras que su magnitud varía en función de la fluencia del láser . Debido a la aplicación de carga sin contacto, esta técnica es muy adecuada para despegar películas ultradelgadas (de 1 micrómetro de espesor o menos). También es posible convertir una onda de tensión longitudinal en una de tensión cortante mediante un prisma conformador de pulsos y lograr la espalación por cizallamiento.

La espalación nuclear producida por el impacto de los rayos cósmicos ocurre de forma natural en la atmósfera terrestre y en las superficies de cuerpos celestes como meteoritos y la Luna . La evidencia de la espalación de rayos cósmicos se observa en las superficies externas de los cuerpos y permite medir el tiempo de exposición. La composición de los propios rayos cósmicos también puede indicar que han sufrido espalación antes de llegar a la Tierra, ya que la proporción de elementos ligeros como el litio, el boro y el berilio supera la abundancia cósmica promedio; estos elementos se formaron, evidentemente, por espalación de oxígeno, nitrógeno, carbono y quizás silicio en las fuentes de rayos cósmicos o durante su largo viaje hasta aquí. Se han detectado en la Tierra isótopos cosmogénicos de aluminio , berilio , cloro , yodo y neón , formados por la espalación de elementos terrestres bajo el bombardeo de rayos cósmicos.

La espalación nuclear es uno de los procesos mediante los cuales se puede utilizar un acelerador de partículas para producir un haz de neutrones . Un haz de partículas compuesto por protones a aproximadamente 1 GeV se dispara contra un blanco formado por mercurio , tantalio , plomo ^{[ 1 ]} u otro metal pesado. Los núcleos del blanco se excitan y, tras la desexcitación, se expulsan de 20 a 30 neutrones por núcleo. Si bien este método de producción de haces de neutrones es mucho más costoso que la reacción en cadena de fisión nuclear en un reactor nuclear , tiene la ventaja de que el haz se puede pulsar con relativa facilidad. Además, el coste energético de un neutrón de espalación es seis veces menor que el de un neutrón obtenido mediante fisión nuclear. A diferencia de la fisión nuclear, los neutrones de espalación no pueden desencadenar nuevos procesos de espalación o fisión para producir más neutrones. Por lo tanto, no hay reacción en cadena, lo que hace que el proceso no sea crítico. Las observaciones de espalación de rayos cósmicos ya se habían realizado en la década de 1930, ^{[ 2 ]} pero las primeras observaciones de un acelerador de partículas ocurrieron en 1947, y el término "espalación" fue acuñado por el premio Nobel Glenn T. Seaborg ese mismo año. ^{[ 3 ]} La espalación es una fuente de neutrones propuesta en reactores nucleares subcríticos como el futuro reactor de investigación MYRRHA , que está planeado para investigar la viabilidad de la transmutación nuclear de desechos de alto nivel en sustancias menos dañinas. Además de tener un factor de multiplicación de neutrones justo por debajo de la criticidad , los reactores subcríticos también pueden producir energía neta utilizable, ya que el gasto energético promedio por neutrón producido oscila alrededor de 30  MeV (un haz de 1  GeV produce un poco más de 30 neutrones en los blancos más productivos), mientras que la fisión produce del orden de 200  MeV por átomo de actínido que se divide. Incluso con una eficiencia energética relativamente baja de los procesos involucrados, se podría generar energía útil neta, al tiempo que se podrían utilizar actínidos que no son aptos para su uso en reactores convencionales como "combustible".

• nucleido cosmogénico
• Amplificador de energía
• Transmutación nuclear
• moderador de neutrones
• Terapia de protones
• Reactor subcrítico (sistema impulsado por acelerador)
• Pulverización catódica (fenómeno en el que partículas microscópicas de un material sólido son expulsadas de su superficie)

• Base de datos del OIEA de fuentes de neutrones por espalación en el Portal de Conocimiento de Aceleradores.
• Descripción del acelerador ISIS, etc.
• Información técnica sobre la fuente de neutrones por espalación .
• Cómo funciona la espalación en la fuente de neutrones y muones ISIS