La fisión y fusión nuclear: los 2 tipos de reacciones nucleares

Las reacciones nucleares

Hoy hablaremos de la Fisión y Fusión Nuclear. Bajo ciertas condiciones muy especiales, que se verán en pocos minutos, las partículas pueden comportarse de una manera poco usual, combinándose o separándose. En estos fenómenos, el intercambio de energía con el exterior puede ser magnífico.

Un ejemplo, para comenzar, será recordar los populares casos de las bombas de Hiroshima en Japón. ¿Qué piensas que sucedió? ¿Por qué fue tan catastrófico? Hace 69 años, en la ciudad de Hiroshima (al Oeste de Japón), durante la Segunda Guerra Mundial, Estados Unidos arrojó una bomba que acabó inmediatamente con la vida de 80.000 personas, número que luego aumentó a 140000 con el correr de los días. Días después lanzó una segunda bomba que determinó el fin de la Segunda Guerra Mundial.

¿De dónde provino tanta energía? La respuesta a esta pregunta radica en las reacciones nucleares, en especial de la energía liberada cuando las mismas ocurren.

La Fisión Nuclear

A esta altura del informe, se tienen los conocimientos necesarios para comprender la fisión nuclear. En ella, un núcleo pesado (A > 200) se divide para formar núcleos más pequeños de masa intermedia y uno o más neutrones. Ya que los núcleos pesados son menos estables que sus productos, este proceso libera una gran cantidad de energía. Con la fisión nuclear, se obtienen entonces dos núcleos más livianos, energía y tres neutrones que continúan el proceso, provocando una reacción en cadena. Este tipo de reacciones es el que se utiliza en las centrales nucleares de energía.

Un ejemplo de fisión nuclear está dado por la siguiente reacción (siendo E la energía liberada):

La tasa de fisión espontánea es un concepto clave en el estudio de la física nuclear. Se refiere a la velocidad a la que los núcleos atómicos se desintegran de forma natural, dividiéndose en fragmentos más pequeños y liberando energía en el proceso.

Esta tasa varía según el isótopo o elemento nuclear en cuestión y es un indicador fundamental de su estabilidad. Los isótopos con una alta tasa de fisión espontánea tienden a ser inestables y radioactivos, lo que los hace útiles en aplicaciones como la generación de energía en plantas nucleares y en la datación radiactiva en geología y arqueología. Este concepto es útil para diversos campos, desde la investigación en física nuclear hasta aplicaciones prácticas en la producción de energía y métodos científicos de datación.

La Fusión Nuclear

Por otra parte, bajo ciertas condiciones (por ejemplo, temperaturas altísimas), es posible producir la fusión nuclear. En ella, dos núcleos se unen y forman uno más pesado. Por ejemplo, dos núcleos de hidrógeno pueden fusionarse y formar uno de helio.

Este proceso está siendo considerado y ensayado para la producción de energía en las centrales nucleares: la energía liberada en ambos tipos de reacciones es superlativa (se observa en el hecho de que una tonelada de combustible nuclear produce la misma cantidad de energía que 146.296 toneladas de carbón). Varios científicos se dedicaron a estudiar este asunto para explicar la notoria diferencia. Albert Einstein[note] Albert Einstein (1879-1955) fue un físico de origen alemán, nacionalizado posteriormente suizo y estadounidense. Ganó el Premio Nobel de Física en 1921.[/note] comprobó que en las reacciones nucleares no se conserva la masa.

Tanto en la fisión nuclear como en la fusión nuclear, la masa de los productos es menor que la de los núcleos que reaccionan. Esta diferencia se libera como energía en las radiaciones de acuerdo a la famosa fórmula E = mc² donde c es la velocidad de la luz en el vacío (300.000 km/s). En las reacciones químicas comunes también hay una pequeña cantidad de masa que se convierte en energía.Pero es tan ínfima que resulta despreciable y puede considerarse válida la Ley de la Conservación de la masa de Lavoisier[note]Antoine-Laurent de Lavoisier (1743-1794) fue un químico francés, uno de los protagonistas principales de la revolución científica.[/note].

Un ejemplo de fusión nuclear es el siguiente:

Conclusión

Dijimos que, en el estudio de la física nuclear, encontramos dos fenómenos fundamentales: la fisión y la fusión nucleares. La fisión nuclear implica la división de un núcleo atómico en fragmentos más pequeños, liberando una gran cantidad de energía en el proceso. Sin embargo, las fisiones espontáneas naturales son poco frecuentes debido a un fenómeno conocido como inestabilidad nuclear, que regula la tasa de estos eventos en la naturaleza.

Por otro lado, la fusión nuclear es el proceso opuesto, donde dos núcleos atómicos se combinan para formar un núcleo más grande, liberando energía en el proceso. En las estrellas, como nuestro sol, se producen constantemente fusiones espontáneas, lo que genera la energía necesaria para mantener su brillo y calor.

Es importante comprender que la tasa de fisión espontánea nos permite conocer la estabilidad de un isótopo o elemento nuclear. Este conocimiento es fundamental en diversas áreas, desde la generación de energía en plantas nucleares hasta la investigación en física de partículas.

Mesografía Sugerida.

En el portal del Ministerio de Educación de la Nación Argentina podrás leer una excelente infografía sobre reacciones nucleares en https://www.educ.ar/recursos/132158/fision-nuclear